地下儲(chǔ)存?zhèn)}混凝土爆炸成型支護(hù)機(jī)理的研究

課題特色是研究在土中利用炸藥爆炸能量爆擴(kuò)地下倉(cāng)的同時(shí)。炸好砼倉(cāng)壁支架的機(jī)理；創(chuàng)新是利用砼在凝固過(guò)程是具有觸變性，在高沖擊作用下變?yōu)榱鲬B(tài)，實(shí)現(xiàn)爆炸成型砼支架。通過(guò)理論、實(shí)驗(yàn)分析和模型試驗(yàn)的研究，研制了同步爆擴(kuò)地下倉(cāng)及砼倉(cāng)壁的三維相似模擬試驗(yàn)系統(tǒng)；完成了爆擴(kuò)成型砼支架材料的基本參數(shù)、成型參數(shù)的試驗(yàn)和最佳成型時(shí)間的確定方法；提出了同步爆擴(kuò)成倉(cāng)及砼倉(cāng)壁的土體爆擴(kuò)性指標(biāo)，爆擴(kuò)成型時(shí)土體應(yīng)力變化規(guī)律，形成的砼支擴(kuò)區(qū)、土體壓實(shí)區(qū)和彈性變形區(qū)的的范圍及相關(guān)參數(shù)。研究成果對(duì)采用爆破法建造地下倉(cāng)提供科學(xué)依據(jù)；為建造不同形式和用途的地下工程、以及加固土體和邊坡開(kāi)避了新途徑；具有得要的科學(xué)意義、應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。 2100433B

我國(guó)水利水電大型地下廠房多建在地震高發(fā)的西南地區(qū)，研究地下結(jié)構(gòu)柔性支護(hù)地震動(dòng)響應(yīng)特性，對(duì)地下廠房運(yùn)行的安全評(píng)估具有重要意義。本項(xiàng)目依托已建大型地下廠房設(shè)計(jì)資料，采用實(shí)驗(yàn)?zāi)M、理論分析、數(shù)值分析相結(jié)合的研究方法，研究地下結(jié)構(gòu)柔性支護(hù)的地震動(dòng)響應(yīng)特性，圍繞柔性支護(hù)的作用機(jī)理、力學(xué)模型、地震動(dòng)響應(yīng)、高效算法和安全評(píng)價(jià)等方面展開(kāi)研究。經(jīng)歷四年的努力，取得的主要成果有：（1）基于柔性支護(hù)加固圍巖的作用機(jī)理，建立了錨桿的復(fù)合錨固單元模型，揭示了地震動(dòng)荷載在圍巖與柔性支護(hù)的相互作用機(jī)理。建立了錨桿和圍巖協(xié)同變形的力學(xué)模型，建立了考慮錨桿沿程應(yīng)力、錨桿受剪切作用和巖錨吊車梁涂瀝青段的數(shù)值分析模型。（2）提出“開(kāi)源節(jié)流”的高效計(jì)算優(yōu)化思路，構(gòu)建了基于計(jì)算機(jī)集群和CPU/GPU異構(gòu)的高效并行平臺(tái)。針對(duì)柔性支護(hù)與圍巖的相互作用特性，構(gòu)建地下洞室柔性支護(hù)抗震計(jì)算數(shù)值分析平臺(tái)。（3）研究了地震作用下錨桿應(yīng)力的響應(yīng)過(guò)程，及錨桿和圍巖的接觸界面、錨頭界面的損傷過(guò)程，揭示地震災(zāi)變中柔性支護(hù)和圍巖的損傷演化規(guī)律。（4）研究了不同的錨固參數(shù)組合下，柔性支護(hù)的地震動(dòng)破壞機(jī)制、破壞過(guò)程及破壞形式，揭示了柔性支護(hù)加固圍巖的抗震機(jī)理，提出了柔性支護(hù)抗震設(shè)防的建議。在本項(xiàng)目資助下，在《Computers and Geotechnics》、《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》、《Shock and Vibration》、《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》、《巖土力學(xué)》等期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文22篇，其中SCI收錄8篇，EI收錄14篇。培養(yǎng)博士研究生13人，碩士研究生15人。取得的相關(guān)研究成果完善了地下結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算基本理論，同時(shí)為地下結(jié)構(gòu)柔性支護(hù)的抗震設(shè)計(jì)提供理論支撐。 2100433B

地下廠房洞室一般采用柔性支護(hù)。目前柔性支護(hù)都是采用工程類比法按靜力狀態(tài)設(shè)計(jì)，其地震動(dòng)響應(yīng)的影響缺乏理論指導(dǎo)和相應(yīng)研究。我國(guó)大部分大型地下廠房建在地震高發(fā)的西南地區(qū)，研究地下結(jié)構(gòu)柔性支護(hù)地震動(dòng)響應(yīng)特性，對(duì)地下廠房運(yùn)行的安全評(píng)估理論具有重要意義。本項(xiàng)目依托已建大型地下廠房設(shè)計(jì)資料，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、實(shí)驗(yàn)?zāi)M、理論分析、數(shù)值計(jì)算等手段，研究圍巖與柔性支護(hù)地震動(dòng)響應(yīng)聯(lián)合作用機(jī)理，建立圍巖與柔性支護(hù)動(dòng)力聯(lián)合作用模型；研究柔性支護(hù)巖體地震波折射、反射波疊加特性，分析柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖動(dòng)響應(yīng)損傷演化規(guī)律；研究高效有限元并行計(jì)算方法，開(kāi)發(fā)地下結(jié)構(gòu)柔性支護(hù)地震動(dòng)響應(yīng)高效計(jì)算平臺(tái)；研究地震動(dòng)響應(yīng)的時(shí)效和耗散能累積突變理論，建立地下結(jié)構(gòu)柔性支護(hù)地震動(dòng)響應(yīng)安全評(píng)價(jià)體系。通過(guò)研究，為大型地下廠房的抗震安全運(yùn)行和生命周期的評(píng)估提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。該項(xiàng)研究成果不僅具有重要的理論意義，對(duì)工程設(shè)計(jì)也具有重大的指導(dǎo)意義。

中文摘要：爆炸荷載作用下玻璃幕墻的破壞機(jī)理涉及到PVB膠片的本構(gòu)關(guān)系、夾層玻璃靜力作用下力學(xué)模型、爆炸沖擊荷載-玻璃流固耦合作用等前沿問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外在這些方面的研究還未取得突破性進(jìn)展。因此課題通過(guò)試驗(yàn)手段建立PVB膠片的本構(gòu)關(guān)系，通過(guò)夾層玻璃靜力試驗(yàn)及數(shù)值模擬，建立與實(shí)際受力相符的力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行抗爆炸試驗(yàn)及數(shù)值模擬的研究分析，對(duì)玻璃幕墻在爆炸作用下的破壞機(jī)理和性能研究進(jìn)行研究，為玻璃幕墻的抗爆炸設(shè)計(jì)有價(jià)值的參考。得到了夾層玻璃PVB膠片在不同溫度及加載速率下的本構(gòu)關(guān)系模型；進(jìn)行了四邊簡(jiǎn)支夾層玻璃的承載力試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究，建立了與實(shí)際受力相符的夾層玻璃力學(xué)模型；進(jìn)行了不同類型玻璃面板在爆炸沖擊荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)，研究了不同玻璃類型的破壞形式；在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了爆炸荷載作用下玻璃面板動(dòng)力響應(yīng)的有限元分析，并考慮了不同參數(shù)（玻璃尺寸、厚度）對(duì)玻璃面板抗爆性能的影響；采用多物質(zhì)ALE算法進(jìn)行了了炸藥作用下爆炸的產(chǎn)生以及爆炸沖擊波與玻璃面板結(jié)構(gòu)之間的耦合作用的數(shù)值分析；基于試驗(yàn)及有限元結(jié)果，提出了爆炸沖擊荷載作用下玻璃幕墻動(dòng)力響應(yīng)的簡(jiǎn)化分析方法。 2100433B