先期振動(dòng)條件下堆石料動(dòng)變形特性與破壞機(jī)理研究

在建和擬建的高土石壩大多位于我國(guó)西部地區(qū)，該地區(qū)地震強(qiáng)度和發(fā)震頻率高，大壩在生命周期內(nèi)經(jīng)受多次地震的可能性較大，一旦發(fā)生事故其后果將是災(zāi)難性的。基于此開展相關(guān)研究，為經(jīng)歷先期振動(dòng)后的土石壩震后評(píng)估和加固提供依據(jù)。開展了堆石料受先期振動(dòng)影響的靜動(dòng)力變形特性研究。結(jié)果表明，經(jīng)歷先期振動(dòng)后，堆石料的靜力強(qiáng)度基本保持不變，體積應(yīng)變隨著循環(huán)振次的增大而減?。辉俅谓?jīng)歷相同的振動(dòng)時(shí)，其軸向應(yīng)變和體積應(yīng)變降幅超過(guò)80%，且軸向應(yīng)變降幅大于體積應(yīng)變降幅；應(yīng)變降幅的大小不僅與先期振動(dòng)周數(shù)有關(guān)，還與堆石級(jí)配、相對(duì)密度和振動(dòng)頻率有關(guān)；與不均勻系數(shù)和相對(duì)密度呈線性關(guān)系；其抗變形能力的提高的主要是循環(huán)荷載下堆石料顆粒排列方式發(fā)生了變化，而不是顆粒破碎和密實(shí)度的變化。建立了考慮顆粒破碎的細(xì)觀數(shù)值分析模型，開展了循環(huán)荷載下堆石料顆粒破碎數(shù)值模擬研究，研究表明：試樣在豎向應(yīng)力相等的條件下，隨著固結(jié)應(yīng)力比的增大，顆粒破碎率越大；在相同應(yīng)力作用下，靜力加載比動(dòng)力加載時(shí)引起的顆粒破碎明顯。一個(gè)循環(huán)荷載加載周期內(nèi)，顆粒破碎率過(guò)程可以劃分為3個(gè)區(qū)，即隨著循環(huán)荷載的施加，顆粒破碎率先緩慢增加，在急劇增加后趨于平緩。隨著循環(huán)周次的增加，試樣內(nèi)部的拉、壓顆粒破碎率的變化規(guī)律基本一致，先增加，后趨于穩(wěn)定。在前幾個(gè)振動(dòng)次數(shù)時(shí)，顆粒破碎比較嚴(yán)重，隨著振次的增加，顆粒破碎現(xiàn)象趨于平緩；堆石料的殘余剪應(yīng)變和殘余體應(yīng)變的變化規(guī)律與顆粒破碎隨著振動(dòng)次數(shù)變化的規(guī)律基本一致。堆石料的級(jí)配越好，母巖強(qiáng)度越大，其受先期振動(dòng)的影響越小。開展了混凝土堆石組合壩模型試驗(yàn)，揭示了不同振動(dòng)峰值加速度下壩體的變形和破壞規(guī)律。建立了能夠考慮堆石料相對(duì)密度和顆粒破碎的臨界狀態(tài)變量和本構(gòu)模型。建立了能夠反映堆石料先期振動(dòng)影響的動(dòng)力分析方法，開展了紫坪鋪面板堆石壩震后安全穩(wěn)定性評(píng)估研究。研究成果對(duì)高土石壩抗震設(shè)計(jì)與震后安全評(píng)估具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 2100433B

我國(guó)西部地區(qū)正在規(guī)劃建設(shè)一批高土石壩，該地區(qū)地震強(qiáng)度和發(fā)震頻度都很高。已建和擬建土石壩在其生命周期內(nèi)都有遭遇多次地震的可能性，如何評(píng)價(jià)土石壩尤其是高土石壩在經(jīng)歷一次或多次地震以后的抗震性能，是一個(gè)值得研究的科學(xué)問題。堆石料是土石壩的重要構(gòu)成材料，了解其強(qiáng)度和變形特征是解決該科學(xué)問題的重要方法。本項(xiàng)目針對(duì)該難題，采用大型靜動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)和大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)系統(tǒng)開展先期振動(dòng)對(duì)堆石料動(dòng)力特性影響的試驗(yàn)研究，分析不同先期振動(dòng)條件下，堆石料動(dòng)力變形特性的變化規(guī)律，通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程中堆石料顆粒破碎的測(cè)量，結(jié)合細(xì)觀數(shù)值模擬分析，從細(xì)觀角度揭示堆石料動(dòng)力變形特性變化的機(jī)理?；诙咽先S統(tǒng)一破壞準(zhǔn)則，結(jié)合臨界狀態(tài)理論、邊界面理論、自適應(yīng)理論等，建立先期振動(dòng)影響的動(dòng)力本構(gòu)模型，構(gòu)建先期振動(dòng)影響的土石壩動(dòng)力響應(yīng)分析方法。研究成果對(duì)高土石壩抗震設(shè)計(jì)與安全評(píng)估具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。

我國(guó)從1958年開始建造研究堆，于1958年6月建成了第一座研究堆。到目前為止，我國(guó)現(xiàn)有在役民用，研究性核反應(yīng)堆（包括臨界裝置和微堆）20座。

我國(guó)第一座研究性反應(yīng)堆是重水試驗(yàn)堆，于1958年6月13日首次達(dá)到臨界，該堆安全運(yùn)行近50年后于2007年7月18日最終停運(yùn)，轉(zhuǎn)入安全關(guān)閉過(guò)渡期。建成50多年以來(lái)，開展了大量卓有成效的科研生產(chǎn)工作，產(chǎn)出了一大批有顯示度的科研成果，培育和輸送了一批又一批優(yōu)秀的人才，對(duì)于推進(jìn)我國(guó)核科學(xué)技術(shù)和核工業(yè)的發(fā)展，特別是對(duì)原子彈、氫彈和核潛艇的技術(shù)攻關(guān)，起到了歷史性作用。

其后，在20世紀(jì)60~70年代建設(shè)了清華大學(xué)試驗(yàn)屏蔽堆、492游泳池堆和125MW高通量工程試驗(yàn)堆，并建立了快堆臨界裝置、鈾水臨界裝置。80年代末建成了5MW核供熱堆，2000年12月高溫氣冷堆（HTR-10）達(dá)到臨界。此外，還建造了幾座中子源微堆和兩座脈沖堆。2010年5月先進(jìn)高通量研究堆（CARR）實(shí)現(xiàn)首次臨界，2012年3月1日達(dá)到滿功率。

研究堆重水型

重水堆可以使用天然鈾燃料，其熱中子通量分布均勻，單位功率熱中子通量較高，堆內(nèi)實(shí)驗(yàn)空間大，燃料壽命長(zhǎng)，但作為慢化劑的重水昂貴，需放在密封水罐內(nèi)，用高淳氦氣覆蓋水面，操作和檢修復(fù)雜。中國(guó)重水型研究堆是前蘇聯(lián)援建的，該堆于1958年6月在中國(guó)原子能院（當(dāng)時(shí)叫原子能研究所）建成，是中國(guó)的第一座核反應(yīng)堆。

研究堆游泳池型

游泳池式輕水反應(yīng)堆是游泳池式、輕水慢化和冷卻、鈹和石墨作反射層的多用途試驗(yàn)堆。在游泳池式輕水反應(yīng)堆中利用垂直和水平輻照孔道，可開展燃料元件、堆用材料、核測(cè)儀表堆內(nèi)輻照、試驗(yàn)、考驗(yàn)以及單晶硅、同位素輻照生產(chǎn)、黃玉輻照改色等工作。中國(guó)建造的游泳池式輕水研究堆有3座，分別在中國(guó)原子能科學(xué)研究院、北京昌平清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院和中國(guó)綿陽(yáng)中國(guó)工程物理研究院等地。

研究堆高通量工程

高通量工程試驗(yàn)堆是進(jìn)行動(dòng)力堆燃料元件和屏蔽材料輻照試驗(yàn)等反應(yīng)堆工程研究的反應(yīng)堆，也可以用來(lái)生產(chǎn)放射性同位素。其熱中子通量和快中子通量高，比功率（單位質(zhì)量核燃料所具有的功率）高，燃料元件運(yùn)行周期短。高通量工程試驗(yàn)堆一般采用多片組型或多層套管型高富集鈾燃料元件，以水為慢化劑。

中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院于1981年建成了高通量工程試驗(yàn)堆（HFETR），在該反應(yīng)堆上進(jìn)行了燃料組件輻照試驗(yàn)，包括燃料芯件性能變化、燃料元件破損機(jī)理等，以及燃料包殼腐蝕、冷卻劑熱工條件和傳熱機(jī)理等試驗(yàn)，并生產(chǎn)高比度放射性同位素和錒系元素。

研究堆脈沖堆

鈾-氫化鋯脈沖堆在科學(xué)研究方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，是一種具有固有安全特性的中子源輻照反應(yīng)堆。鈾-氫化鋯脈沖堆是一種小型均勻研究堆，采用氫化鋯與鈾均勻彌散混合作為固體燃料-慢化劑元件，采用輕水做冷卻劑，構(gòu)成一種池式反應(yīng)堆，簡(jiǎn)稱TRIGA堆。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性和經(jīng)濟(jì)性好，能獲得較強(qiáng)的功率脈沖和中子脈沖，因此在科學(xué)研究和應(yīng)用技術(shù)上獲得了較為廣泛的重視。

我國(guó)第一座鈾-氫化鋯脈沖堆于1990年由中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)研制建成。第二座鈾-氫化鋯脈沖堆是西安脈沖堆，它是在第一座原型脈沖堆基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶對(duì)脈沖堆的應(yīng)用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)建造的。該堆1996年1月18日在我國(guó)西北核技術(shù)研究所開工建造，1999年9月首次達(dá)到臨界，2001年1月，完成各項(xiàng)核調(diào)試工作后，已投入試運(yùn)行及實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。西安脈沖堆穩(wěn)態(tài)額定功率2MW，最大脈沖峰功率4200MW。脈沖堆具有一堆多功能的獨(dú)特性能。

研究堆微型研究堆

微型研究堆是一種近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的特小型中子源反應(yīng)堆，它安全可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，建設(shè)期短，易于操作和管理，可建在大城市的研究所、學(xué)校和醫(yī)院內(nèi)。

1984年，中國(guó)原子能科學(xué)研究院建成中國(guó)首座微型堆，其燃料元件為直徑4.3mm的細(xì)長(zhǎng)燃料棒，芯體為90%富集鈾的鈾鋁合金，包殼為鋁合金。堆芯鈾棒按同心圓布置，裝有345根燃料棒，其鈾-235裝載量為1kg，僅比最小臨界質(zhì)量0.83kg稍大一點(diǎn)。該微堆以水為慢化劑和冷卻劑，堆芯懸掛于5.6m深、2.7m直徑的大水池中。

微型堆可用來(lái)進(jìn)行中子活化分析及其他有關(guān)研究，還可以用來(lái)生產(chǎn)短壽命放射性同位素，以及治療腦膠質(zhì)瘤等疾病。

目前，深圳大學(xué)、山東地質(zhì)局和上海劑量中心各建有一座該類型的微型堆，并出口到巴基斯坦、伊朗、加納、敘利亞和尼日利亞等國(guó)。

研究堆先進(jìn)研究堆

中國(guó)先進(jìn)研究堆是由中國(guó)原子能科學(xué)研究院自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和建造。反應(yīng)堆功率60MW，熱中子通量8Χ10¹⁴個(gè)/（cm²·s），在同類中子束流研究堆中主要技術(shù)指標(biāo)居世界前列。CARR是一座高性能、多用途、安全可靠的研究堆，采用了許多新的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)。該研究堆可開展核物理與核化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究、中子散射研究、反應(yīng)堆材料及核燃料考驗(yàn)、中子照射、中子活化分析等，并可生產(chǎn)放射性同位素和中子嬗變摻雜單晶硅。中國(guó)先進(jìn)研究堆于2010年5月首次臨界，2012年3月1日成功實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行。 2100433B

路面變形破壞機(jī)理與消除方法作者簡(jiǎn)介

作者：（白俄羅斯）B.A.韋連科 譯者：汪福卓

路面變形破壞機(jī)理與消除方法目錄

1 路面結(jié)構(gòu)變形破壞機(jī)理

1.1 路用復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)類型與性能間的相互關(guān)系

1.2 路面材料結(jié)構(gòu)破損累積動(dòng)力學(xué)研究

1.3 路面材料與可靠性參數(shù)間的相互關(guān)系

2 路面變形基本概念與分類

3 路面塑性變形機(jī)理及消除方法

3.1 路面塑性變形的類型與分級(jí)

3.2 材料性能決定塑性變形及評(píng)估方法

3.3 路面塑性變形穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)

3.3.1 面層材料塑性變形穩(wěn)定性條件

3.3.2 塑性變形積累對(duì)交通荷載參數(shù)的影響

3.3.3 路面材料及其結(jié)構(gòu)性能對(duì)塑性變形積累的影響

3.4 預(yù)防路面塑性變形的基本措施

3.4.1 設(shè)計(jì)階段對(duì)預(yù)防塑性變形應(yīng)采取的措施

3.4.2 運(yùn)營(yíng)期間消除塑性變形應(yīng)采取的方法

4 路面脆性變形原因及消除方法

4.1 路面裂縫的分類與分級(jí)

4.2 材料易出現(xiàn)脆性變形的特征及評(píng)估方法

4.3 路面出現(xiàn)裂縫的原因與標(biāo)準(zhǔn)

4.3.1 裂縫形成的條件與標(biāo)準(zhǔn)

4.3.2 交通荷載對(duì)溫度和疲勞抗裂的影響

4.3.3 路面結(jié)構(gòu)和材料性能對(duì)裂縫形成的影響

4.4 防止路面脆性變形的基本措施

4.4.1 設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)脆性變形的預(yù)防措施

4.4.2 運(yùn)營(yíng)期間消除脆性變形的方法

5 路面腐蝕變形破壞原因與消除方法

5.1 路面腐蝕變形破壞類型與分級(jí)

5.2 承擔(dān)腐蝕變形的材料性能

5.3 造成腐蝕變形的原因和標(biāo)準(zhǔn)

5.3.1 路面材料的腐蝕變形穩(wěn)定性及抗破壞標(biāo)準(zhǔn)

5.3.2 腐蝕變形積累對(duì)交通荷載參數(shù)的影響

5.3.3 路面結(jié)構(gòu)和材料性能對(duì)腐蝕變形過(guò)程的影響

5.4 腐蝕變形的消除方法

5.4.1 設(shè)計(jì)階段腐蝕變形的消除方法

5.4.2 運(yùn)營(yíng)階段腐蝕變形的消除措施

6 提高路面材料可靠性和耐久性的方法

6.1 提高路面可靠性和耐久性的一般原則

6.2 提高路面材料可靠性和耐久性的結(jié)構(gòu)措施

6.2.1 路面層與路面整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新原則

6.2.2 推薦適于白俄羅斯條件路面的有效結(jié)構(gòu)和材料

6.3 提高路面材料可靠性和耐久性的材料學(xué)措施

6.3.1 提高路面材料質(zhì)量的基本方法

6.3.2 新型高性能材料的使用與施工工藝

結(jié)論

參考文獻(xiàn)2100433B