地下储存仓混凝土爆炸成型支护机理的研究

课题特色是研究在土中利用炸药爆炸能量爆扩地下仓的同时。炸好砼仓壁支架的机理；创新是利用砼在凝固过程是具有触变性，在高冲击作用下变为流态，实现爆炸成型砼支架。通过理论、实验分析和模型试验的研究，研制了同步爆扩地下仓及砼仓壁的三维相似模拟试验系统；完成了爆扩成型砼支架材料的基本参数、成型参数的试验和最佳成型时间的确定方法；提出了同步爆扩成仓及砼仓壁的土体爆扩性指标，爆扩成型时土体应力变化规律，形成的砼支扩区、土体压实区和弹性变形区的的范围及相关参数。研究成果对采用爆破法建造地下仓提供科学依据；为建造不同形式和用途的地下工程、以及加固土体和边坡开避了新途径；具有得要的科学意义、应用前景和经济效益。 2100433B

我国水利水电大型地下厂房多建在地震高发的西南地区，研究地下结构柔性支护地震动响应特性，对地下厂房运行的安全评估具有重要意义。本项目依托已建大型地下厂房设计资料，采用实验模拟、理论分析、数值分析相结合的研究方法，研究地下结构柔性支护的地震动响应特性，围绕柔性支护的作用机理、力学模型、地震动响应、高效算法和安全评价等方面展开研究。经历四年的努力，取得的主要成果有：（1）基于柔性支护加固围岩的作用机理，建立了锚杆的复合锚固单元模型，揭示了地震动荷载在围岩与柔性支护的相互作用机理。建立了锚杆和围岩协同变形的力学模型，建立了考虑锚杆沿程应力、锚杆受剪切作用和岩锚吊车梁涂沥青段的数值分析模型。（2）提出“开源节流”的高效计算优化思路，构建了基于计算机集群和CPU/GPU异构的高效并行平台。针对柔性支护与围岩的相互作用特性，构建地下洞室柔性支护抗震计算数值分析平台。（3）研究了地震作用下锚杆应力的响应过程，及锚杆和围岩的接触界面、锚头界面的损伤过程，揭示地震灾变中柔性支护和围岩的损伤演化规律。（4）研究了不同的锚固参数组合下，柔性支护的地震动破坏机制、破坏过程及破坏形式，揭示了柔性支护加固围岩的抗震机理，提出了柔性支护抗震设防的建议。在本项目资助下，在《Computers and Geotechnics》、《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》、《Shock and Vibration》、《岩石力学与工程学报》、《岩土力学》等期刊上发表学术论文22篇，其中SCI收录8篇，EI收录14篇。培养博士研究生13人，硕士研究生15人。取得的相关研究成果完善了地下结构抗震计算基本理论，同时为地下结构柔性支护的抗震设计提供理论支撑。 2100433B

地下厂房洞室一般采用柔性支护。目前柔性支护都是采用工程类比法按静力状态设计，其地震动响应的影响缺乏理论指导和相应研究。我国大部分大型地下厂房建在地震高发的西南地区，研究地下结构柔性支护地震动响应特性，对地下厂房运行的安全评估理论具有重要意义。本项目依托已建大型地下厂房设计资料，采用现场调查、实验模拟、理论分析、数值计算等手段，研究围岩与柔性支护地震动响应联合作用机理，建立围岩与柔性支护动力联合作用模型；研究柔性支护岩体地震波折射、反射波叠加特性，分析柔性支护结构和围岩动响应损伤演化规律；研究高效有限元并行计算方法，开发地下结构柔性支护地震动响应高效计算平台；研究地震动响应的时效和耗散能累积突变理论，建立地下结构柔性支护地震动响应安全评价体系。通过研究，为大型地下厂房的抗震安全运行和生命周期的评估提供理论依据和技术支持。该项研究成果不仅具有重要的理论意义，对工程设计也具有重大的指导意义。

中文摘要：爆炸荷载作用下玻璃幕墙的破坏机理涉及到PVB胶片的本构关系、夹层玻璃静力作用下力学模型、爆炸冲击荷载-玻璃流固耦合作用等前沿问题，国内外在这些方面的研究还未取得突破性进展。因此课题通过试验手段建立PVB胶片的本构关系，通过夹层玻璃静力试验及数值模拟，建立与实际受力相符的力学模型，在此基础上进行抗爆炸试验及数值模拟的研究分析，对玻璃幕墙在爆炸作用下的破坏机理和性能研究进行研究，为玻璃幕墙的抗爆炸设计有价值的参考。得到了夹层玻璃PVB胶片在不同温度及加载速率下的本构关系模型；进行了四边简支夹层玻璃的承载力试验及数值模拟研究，建立了与实际受力相符的夹层玻璃力学模型；进行了不同类型玻璃面板在爆炸冲击荷载作用下的动力响应试验，研究了不同玻璃类型的破坏形式；在试验的基础上进行了爆炸荷载作用下玻璃面板动力响应的有限元分析，并考虑了不同参数（玻璃尺寸、厚度）对玻璃面板抗爆性能的影响；采用多物质ALE算法进行了了炸药作用下爆炸的产生以及爆炸冲击波与玻璃面板结构之间的耦合作用的数值分析；基于试验及有限元结果，提出了爆炸冲击荷载作用下玻璃幕墙动力响应的简化分析方法。 2100433B