地下儲存?zhèn)}混凝土爆炸成型支護(hù)機(jī)理的研究項目摘要

課題特色是研究在土中利用炸藥爆炸能量爆擴(kuò)地下倉的同時。炸好砼倉壁支架的機(jī)理；創(chuàng)新是利用砼在凝固過程是具有觸變性，在高沖擊作用下變?yōu)榱鲬B(tài)，實現(xiàn)爆炸成型砼支架。通過理論、實驗分析和模型試驗的研究，研制了同步爆擴(kuò)地下倉及砼倉壁的三維相似模擬試驗系統(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)的試驗和最佳成型時間的確定方法；提出了同步爆擴(kuò)成倉及砼倉壁的土體爆擴(kuò)性指標(biāo)，爆擴(kuò)成型時土體應(yīng)力變化規(guī)律，形成的砼支擴(kuò)區(qū)、土體壓實區(qū)和彈性變形區(qū)的的范圍及相關(guān)參數(shù)。研究成果對采用爆破法建造地下倉提供科學(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)地震動響應(yīng)特性，對地下廠房運行的安全評估具有重要意義。本項目依托已建大型地下廠房設(shè)計資料，采用實驗?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、地震動響應(yīng)、高效算法和安全評價等方面展開研究。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“開源節(jié)流”的高效計算優(yōu)化思路，構(gòu)建了基于計算機(jī)集群和CPU/GPU異構(gòu)的高效并行平臺。針對柔性支護(hù)與圍巖的相互作用特性，構(gòu)建地下洞室柔性支護(hù)抗震計算數(shù)值分析平臺。（3）研究了地震作用下錨桿應(yīng)力的響應(yīng)過程，及錨桿和圍巖的接觸界面、錨頭界面的損傷過程，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)的地震動破壞機(jī)制、破壞過程及破壞形式，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》、《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)抗震計算基本理論，同時為地下結(jié)構(gòu)柔性支護(hù)的抗震設(shè)計提供理論支撐。 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，其地震動響應(yīng)的影響缺乏理論指導(dǎo)和相應(yīng)研究。我國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)地震動響應(yīng)特性，對地下廠房運行的安全評估理論具有重要意義。本項目依托已建大型地下廠房設(shè)計資料，采用現(xiàn)場調(diào)查、實驗?zāi)M、理論分析、數(shù)值計算等手段，研究圍巖與柔性支護(hù)地震動響應(yīng)聯(lián)合作用機(jī)理，建立圍巖與柔性支護(hù)動力聯(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)和圍巖動響應(yīng)損傷演化規(guī)律；研究高效有限元并行計算方法，開發(fā)地下結(jié)構(gòu)柔性支護(hù)地震動響應(yīng)高效計算平臺；研究地震動響應(yīng)的時效和耗散能累積突變理論，建立地下結(jié)構(gòu)柔性支護(hù)地震動響應(yīng)安全評價體系。通過研究，為大型地下廠房的抗震安全運行和生命周期的評估提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。該項研究成果不僅具有重要的理論意義，對工程設(shè)計也具有重大的指導(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題，國內(nèi)外在這些方面的研究還未取得突破性進(jìn)展。因此課題通過試驗手段建立PVB膠片的本構(gòu)關(guān)系，通過夾層玻璃靜力試驗及數(shù)值模擬，建立與實際受力相符的力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行抗爆炸試驗及數(shù)值模擬的研究分析，對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)計有價值的參考。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)行了四邊簡支夾層玻璃的承載力試驗及數(shù)值模擬研究，建立了與實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力響應(yīng)試驗，研究了不同玻璃類型的破壞形式；在試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行了爆炸荷載作用下玻璃面板動力響應(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；基于試驗及有限元結(jié)果，提出了爆炸沖擊荷載作用下玻璃幕墻動力響應(yīng)的簡化分析方法。 2100433B