地下结构抗爆炸地冲击性能静载试验研究

近期研究证明,静力加载可以反映地冲击荷载作用下地下结构的整体弯曲变形和局部破坏状态,为采用等效静力试验方法获取结构抗爆性能相关参数提供新的思路。针对某深埋于围岩介质中的直墙圆拱结构,设计了3∶10几何缩比的试验模型,开展了围岩介质中深埋地下结构抗爆炸地冲击性能静载试验,以结构圆拱挠度为抗爆性能指标,记录并分析了地下结构的变形、受力和破坏状态。试验结果表明,静力加载作用下,深埋地下结构呈现与动力爆炸荷载下相同的拱顶塌陷、墙体剥离的整体受压破坏模式。结构拱顶在荷载达到800 kN时出现混凝土开裂,超过1 200 kN后钢筋开始屈服、断裂;结构模型的峰值承载力为1 600 kN,超过此荷载,结构发生严重破坏。     

模型试验的微粒混凝土力学性能试验研究

开展微粒混凝土不同加载应变率和不同初始静态荷载下力学性能和抗压强度尺寸效应试验研究。试验结果表明:微粒混凝土的动态抗压强度和弹性模量随着加载应变率的增加而提高,不同应变率下微粒混凝土峰值应力处的应变基本相同,应力-应变曲线相似,破坏形式相同;微粒混凝土的动态抗压强度随着初始静载比例的提高而降低,但破坏形式相同。振动台模型试验中微粒混凝土可以较好地模拟原型普通混凝土。在试验的基础上,进一步建立考虑应变率和初始静载影响的微粒混凝土抗压强度和弹性模量计算方法,提出微粒混凝土不同应变率下本构关系实用计算模型和抗压强度尺寸效应计算公式,建立振动台模型试验微粒混凝土强度控制准则。研究成果可用于振动台模型试验微粒混凝土相似关系设计和结果分析。     

复杂动荷载作用下全级配混凝土损伤机理细观数值试验

提出了一种适用于复杂应力状态下的双折线弹性损伤模型,对混凝土试件进行了轴向拉压细观数值模拟试验,同时探讨了复杂应力状态下混凝土损伤破坏机理。然后基于实际工程采用的混凝土细观动态参数试验实测值,利用细观数值模型对循环荷载作用下全级配大坝混凝土试件进行了弯折损伤破坏模拟。其数值计算结果与材料试验测的数据吻合较好,进一步验证了在循环动荷载作用下预静载对动弯拉强度也存在强化现象。本文轴向拉压细观数值模拟试验表明,细观界面黏结强度是控制混凝土宏观抗压强度和宏观抗拉强度的关键参数,而黏结面泊松比的大小对混凝土宏观抗压强度影响很大。这个研究结果表明,混凝土材料受拉破坏机制与剪切破坏机制在本质上可统一为受拉破坏机制。     

爆破荷载下混凝土桥梁结构特性分析

为研究爆破荷载下混凝土桥梁结构破坏和坍塌特性,建立了混凝土结构单元应力平衡关系,采用断裂力学基本理论分析混凝土结构高应变率的极限破坏形式,并通过混凝土模型破坏试验,结合贵港航运桥拆除工程实例进行研究。研究发现:混凝土模型在快速加载的条件下,结构的破坏承载能力远大于静载作用下的极限承载能力,借助相似试验的试验结果推断爆破荷载下混凝土结构的破碎断裂情况,以提高爆破拆除的准确率;基于拆除的基本理论,对优化爆破参数、提高爆破效果具有显著的现实意义。通过总结前人的研究成果,采用修正的JWLG状态方程对爆破荷载进行定量分析,实践表明能够较准确地估算炸药的用量。     

爆炸地冲击作用下深埋地下结构模型试验研究

为研究爆炸地冲击作用下深埋地下结构的动力响应、破坏模式和损伤机理,以岩石介质中的深埋直墙圆拱结构为研究对象,设计并开展了缩尺比为1∶20、比例爆距为1.69的正顶两次爆炸地冲击作用下地下结构的缩尺试验,对试验的宏观现象和实测数据进行分析,结果表明：初次爆炸和二次爆炸作用下,围岩模型表面和装药口附近破坏状况较为严重,地下结构的破坏较为轻微,结构整体产生向下的压弯变形,拱顶内表面产生一条轴向裂纹;爆炸地冲击作用下,深埋地下结构模型的反应以整体振动为主,加速度响应较大,还原到原型结构的拱顶和底板峰值加速度最大可达107.05g和97.15g;初次爆炸中结构上部的围岩破坏以及拱顶位置处的轴向裂缝导致局部刚度减小,二次爆炸时,结构拱顶位置处的局部加速度反应有所增大;而初次爆炸形成的围岩破碎区及裂缝加剧了二次爆炸时地冲击波能量的衰减,导致结构承受的地冲击压力减小,结构应变及底板位置处的加速度响应减小;原型结构底板位置处对应于人体自振周期范围内的谱加速度最大超过10g,存在安全风险。     

动静荷载联合作用下冲击地压巷道破坏机制大型地质力学模型试验研究

采用静载模拟巷道初始地应力场,TNT爆炸模拟冲击地压,利用大型地质力学模型试验机对巷道在动、静荷载联合作用下的响应规律进行研究.试验中施加了相当于相似材料单轴抗压强度的最大静压力,荷载侧压比为1/3.在模型内部相同位置依次施加10,15和20 g TNT动荷载,在最后一次爆炸荷载作用下,洞室出现抛掷型冲击地压破坏现象.试验结果表明:巷道冲击地压灾害是动、静荷载联合作用的结果;在冲击瞬间作用下,冲击荷载与已存在静荷载叠加,使得巷道围岩压力迅速增加,叠加后作用力大于围岩承载能力时,引发围岩冲击破坏;围岩产生的冲击变形与巷道开挖后产生的初始变形叠加,形变超出围岩的变形能力时,洞壁首先发生破坏.围岩变形和冲击破坏范围与冲击力的大小及地应力水平相关性显著.     

双轴受压状态下混凝土动态抗压特性试验研究

由于多轴试验装置的高技术性,混凝土在复杂应力状态下的动力研究相对偏少。为研究双轴受压状态下混凝土的动态抗压特性,采用真三轴静动综合加载试验系统,进行了5种双轴受压状态下混凝土立方体试件的冲击压缩试验,分别从应力—应变曲线特征、强度特性和变形特性等方面分析双轴受压状态对混凝土动力响应的影响规律。结果表明:双轴受压状态下,混凝土承受冲击荷载时呈现典型的脆性破坏,应力-应变曲线初期无明显压实挤密阶段;主轴压比一定时,随单侧压比的增大,混凝土的动态抗压强度呈现出先升高后降低的趋势,峰值应变和平均应变率皆呈现出先减小后增大的趋势;双轴受压对混凝土有加固约束作用,因而提高了其动态抗压强度和抗变形能力,主轴压比:单侧压比为0.4:0.4时作用效果最佳。     

动静组合加载下岩石破坏的应变能密度准则及突变理论分析

阐述了岩石在动静组合载荷作用下使用应变能密度定义破坏准则的适用性。分析认为，岩石破坏的应变能密度的临界值与岩石破坏之前的不可逆变形过程和外界条件有关，而不可逆变形过程主要是由于岩石的非弹性变形、损伤和其他内部耗散机制引起的，且反映静水胜力的体积变形能在某些应力状态条件下的岩石破坏中是不能忽略的。提出用机械模型来反映动静组合加载下岩石单元体弹性的劣化和非弹性变形的产生以及加载速率的影响，并以机械模型为基础，求出受一维静载岩石在动载作用下破坏应变能密度的临界值。同时，根据静力预加载结构的冲击屈曲突变模型，建立了静加载岩石系统的冲击破坏模型，进一步分析了动静组合加载下岩石的破坏。最后，采用低周疲劳加载方法在Instron电液饲服摔制材料试验机卜进行了红砂岩中心变率下的动静组合加载破坏试验，对应变能密度准则和突变理论模型进行了验证。结果表明，理论模型与试验结果有较好的一致性。     

RC板爆炸冲击试验及数值模拟研究

采用爆炸冲击模拟试验和LS-DYNA三维有限元软件,对爆炸冲击作用下RC板的变形破坏损伤机理及变形破坏特征进行了研究,研究发现爆炸冲击荷载作用下,采用数值计算模型能够准确的模拟混凝土的性能。     

大当量爆炸地冲击毁伤效应的理论与试验研究Ⅲ：深埋洞室地冲击效应模拟试验研究

为厘清开挖扰动和大当量爆炸地冲击扰动对深埋洞室破坏的影响机制，采用自主研制的深埋洞室地冲击效应模拟试验系统，开展从地应力加载、洞室开挖到地冲击扰动加载全过程的相似模型试验。试验模拟了600 m埋深洞室开挖过程，以及封闭爆炸当量90 kt、比例爆距为133 m/kt^1/3时的地冲击扰动诱发工程破坏现象。试验成功模拟了颗粒弹射、板裂和块体激活等现象。得到冲击扰动作用下洞周应力、应变和位移的变化规律以及深部洞室的破坏机制。证实了比例爆距为133 m/kt^1/3时，洞室处于轻微破坏区。此外，通过开展重复地冲击扰动下的洞室稳定性研究，成功模拟岩爆、板裂、掌子面坍塌等工程灾害，得到重复地冲击扰动下洞室的破坏机制。试验的成功开展，为大当量地下爆炸作用下深埋洞室防护和安全范围确定奠定了重要的基础。