先期振动条件下堆石料动变形特性与破坏机理研究项目摘要

我国西部地区正在规划建设一批高土石坝，该地区地震强度和发震频度都很高。已建和拟建土石坝在其生命周期内都有遭遇多次地震的可能性，如何评价土石坝尤其是高土石坝在经历一次或多次地震以后的抗震性能，是一个值得研究的科学问题。堆石料是土石坝的重要构成材料，了解其强度和变形特征是解决该科学问题的重要方法。本项目针对该难题，采用大型静动三轴试验系统和大型振动台模型试验系统开展先期振动对堆石料动力特性影响的试验研究，分析不同先期振动条件下，堆石料动力变形特性的变化规律，通过试验过程中堆石料颗粒破碎的测量，结合细观数值模拟分析，从细观角度揭示堆石料动力变形特性变化的机理。基于堆石料三维统一破坏准则，结合临界状态理论、边界面理论、自适应理论等，建立先期振动影响的动力本构模型，构建先期振动影响的土石坝动力响应分析方法。研究成果对高土石坝抗震设计与安全评估具有重要的理论意义和工程实用价值。

在建和拟建的高土石坝大多位于我国西部地区，该地区地震强度和发震频率高，大坝在生命周期内经受多次地震的可能性较大，一旦发生事故其后果将是灾难性的。基于此开展相关研究，为经历先期振动后的土石坝震后评估和加固提供依据。开展了堆石料受先期振动影响的静动力变形特性研究。结果表明，经历先期振动后，堆石料的静力强度基本保持不变，体积应变随着循环振次的增大而减小；再次经历相同的振动时，其轴向应变和体积应变降幅超过80%，且轴向应变降幅大于体积应变降幅；应变降幅的大小不仅与先期振动周数有关，还与堆石级配、相对密度和振动频率有关；与不均匀系数和相对密度呈线性关系；其抗变形能力的提高的主要是循环荷载下堆石料颗粒排列方式发生了变化，而不是颗粒破碎和密实度的变化。建立了考虑颗粒破碎的细观数值分析模型，开展了循环荷载下堆石料颗粒破碎数值模拟研究，研究表明：试样在竖向应力相等的条件下，随着固结应力比的增大，颗粒破碎率越大；在相同应力作用下，静力加载比动力加载时引起的颗粒破碎明显。一个循环荷载加载周期内，颗粒破碎率过程可以划分为3个区，即随着循环荷载的施加，颗粒破碎率先缓慢增加，在急剧增加后趋于平缓。随着循环周次的增加，试样内部的拉、压颗粒破碎率的变化规律基本一致，先增加，后趋于稳定。在前几个振动次数时，颗粒破碎比较严重，随着振次的增加，颗粒破碎现象趋于平缓；堆石料的残余剪应变和残余体应变的变化规律与颗粒破碎随着振动次数变化的规律基本一致。堆石料的级配越好，母岩强度越大，其受先期振动的影响越小。开展了混凝土堆石组合坝模型试验，揭示了不同振动峰值加速度下坝体的变形和破坏规律。建立了能够考虑堆石料相对密度和颗粒破碎的临界状态变量和本构模型。建立了能够反映堆石料先期振动影响的动力分析方法，开展了紫坪铺面板堆石坝震后安全稳定性评估研究。研究成果对高土石坝抗震设计与震后安全评估具有重要的理论意义和工程应用价值。 2100433B

我国从1958年开始建造研究堆，于1958年6月建成了第一座研究堆。到目前为止，我国现有在役民用，研究性核反应堆（包括临界装置和微堆）20座。

我国第一座研究性反应堆是重水试验堆，于1958年6月13日首次达到临界，该堆安全运行近50年后于2007年7月18日最终停运，转入安全关闭过渡期。建成50多年以来，开展了大量卓有成效的科研生产工作，产出了一大批有显示度的科研成果，培育和输送了一批又一批优秀的人才，对于推进我国核科学技术和核工业的发展，特别是对原子弹、氢弹和核潜艇的技术攻关，起到了历史性作用。

其后，在20世纪60~70年代建设了清华大学试验屏蔽堆、492游泳池堆和125MW高通量工程试验堆，并建立了快堆临界装置、铀水临界装置。80年代末建成了5MW核供热堆，2000年12月高温气冷堆（HTR-10）达到临界。此外，还建造了几座中子源微堆和两座脉冲堆。2010年5月先进高通量研究堆（CARR）实现首次临界，2012年3月1日达到满功率。

研究堆重水型

重水堆可以使用天然铀燃料，其热中子通量分布均匀，单位功率热中子通量较高，堆内实验空间大，燃料寿命长，但作为慢化剂的重水昂贵，需放在密封水罐内，用高淳氦气覆盖水面，操作和检修复杂。中国重水型研究堆是前苏联援建的，该堆于1958年6月在中国原子能院（当时叫原子能研究所）建成，是中国的第一座核反应堆。

研究堆游泳池型

游泳池式轻水反应堆是游泳池式、轻水慢化和冷却、铍和石墨作反射层的多用途试验堆。在游泳池式轻水反应堆中利用垂直和水平辐照孔道，可开展燃料元件、堆用材料、核测仪表堆内辐照、试验、考验以及单晶硅、同位素辐照生产、黄玉辐照改色等工作。中国建造的游泳池式轻水研究堆有3座，分别在中国原子能科学研究院、北京昌平清华大学核能与新能源技术研究院和中国绵阳中国工程物理研究院等地。

研究堆高通量工程

高通量工程试验堆是进行动力堆燃料元件和屏蔽材料辐照试验等反应堆工程研究的反应堆，也可以用来生产放射性同位素。其热中子通量和快中子通量高，比功率（单位质量核燃料所具有的功率）高，燃料元件运行周期短。高通量工程试验堆一般采用多片组型或多层套管型高富集铀燃料元件，以水为慢化剂。

中国核动力研究设计院于1981年建成了高通量工程试验堆（HFETR），在该反应堆上进行了燃料组件辐照试验，包括燃料芯件性能变化、燃料元件破损机理等，以及燃料包壳腐蚀、冷却剂热工条件和传热机理等试验，并生产高比度放射性同位素和锕系元素。

研究堆脉冲堆

铀-氢化锆脉冲堆在科学研究方面具有广泛的应用价值，是一种具有固有安全特性的中子源辐照反应堆。铀-氢化锆脉冲堆是一种小型均匀研究堆，采用氢化锆与铀均匀弥散混合作为固体燃料-慢化剂元件，采用轻水做冷却剂，构成一种池式反应堆，简称TRIGA堆。由于它结构简单，安全性和经济性好，能获得较强的功率脉冲和中子脉冲，因此在科学研究和应用技术上获得了较为广泛的重视。

我国第一座铀-氢化锆脉冲堆于1990年由中国核动力研究设计院设计研制建成。第二座铀-氢化锆脉冲堆是西安脉冲堆，它是在第一座原型脉冲堆基础上，根据用户对脉冲堆的应用要求进行设计建造的。该堆1996年1月18日在我国西北核技术研究所开工建造，1999年9月首次达到临界，2001年1月，完成各项核调试工作后，已投入试运行及实验应用。西安脉冲堆稳态额定功率2MW，最大脉冲峰功率4200MW。脉冲堆具有一堆多功能的独特性能。

研究堆微型研究堆

微型研究堆是一种近年来发展起来的特小型中子源反应堆，它安全可靠，结构简单，造价低，建设期短，易于操作和管理，可建在大城市的研究所、学校和医院内。

1984年，中国原子能科学研究院建成中国首座微型堆，其燃料元件为直径4.3mm的细长燃料棒，芯体为90%富集铀的铀铝合金，包壳为铝合金。堆芯铀棒按同心圆布置，装有345根燃料棒，其铀-235装载量为1kg，仅比最小临界质量0.83kg稍大一点。该微堆以水为慢化剂和冷却剂，堆芯悬挂于5.6m深、2.7m直径的大水池中。

微型堆可用来进行中子活化分析及其他有关研究，还可以用来生产短寿命放射性同位素，以及治疗脑胶质瘤等疾病。

目前，深圳大学、山东地质局和上海剂量中心各建有一座该类型的微型堆，并出口到巴基斯坦、伊朗、加纳、叙利亚和尼日利亚等国。

研究堆先进研究堆

中国先进研究堆是由中国原子能科学研究院自主研发、设计和建造。反应堆功率60MW，热中子通量8Χ10¹⁴个/（cm²·s），在同类中子束流研究堆中主要技术指标居世界前列。CARR是一座高性能、多用途、安全可靠的研究堆，采用了许多新的设计理念和技术。该研究堆可开展核物理与核化学等基础科学研究、中子散射研究、反应堆材料及核燃料考验、中子照射、中子活化分析等，并可生产放射性同位素和中子嬗变掺杂单晶硅。中国先进研究堆于2010年5月首次临界，2012年3月1日成功实现满功率运行。 2100433B

路面变形破坏机理与消除方法作者简介

作者：（白俄罗斯）B.A.韦连科 译者：汪福卓

路面变形破坏机理与消除方法目录

1 路面结构变形破坏机理

1.1 路用复合材料的结构类型与性能间的相互关系

1.2 路面材料结构破损累积动力学研究

1.3 路面材料与可靠性参数间的相互关系

2 路面变形基本概念与分类

3 路面塑性变形机理及消除方法

3.1 路面塑性变形的类型与分级

3.2 材料性能决定塑性变形及评估方法

3.3 路面塑性变形稳定性标准

3.3.1 面层材料塑性变形稳定性条件

3.3.2 塑性变形积累对交通荷载参数的影响

3.3.3 路面材料及其结构性能对塑性变形积累的影响

3.4 预防路面塑性变形的基本措施

3.4.1 设计阶段对预防塑性变形应采取的措施

3.4.2 运营期间消除塑性变形应采取的方法

4 路面脆性变形原因及消除方法

4.1 路面裂缝的分类与分级

4.2 材料易出现脆性变形的特征及评估方法

4.3 路面出现裂缝的原因与标准

4.3.1 裂缝形成的条件与标准

4.3.2 交通荷载对温度和疲劳抗裂的影响

4.3.3 路面结构和材料性能对裂缝形成的影响

4.4 防止路面脆性变形的基本措施

4.4.1 设计阶段出现脆性变形的预防措施

4.4.2 运营期间消除脆性变形的方法

5 路面腐蚀变形破坏原因与消除方法

5.1 路面腐蚀变形破坏类型与分级

5.2 承担腐蚀变形的材料性能

5.3 造成腐蚀变形的原因和标准

5.3.1 路面材料的腐蚀变形稳定性及抗破坏标准

5.3.2 腐蚀变形积累对交通荷载参数的影响

5.3.3 路面结构和材料性能对腐蚀变形过程的影响

5.4 腐蚀变形的消除方法

5.4.1 设计阶段腐蚀变形的消除方法

5.4.2 运营阶段腐蚀变形的消除措施

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则

6.2 提高路面材料可靠性和耐久性的结构措施

6.2.1 路面层与路面整体结构设计的新原则

6.2.2 推荐适于白俄罗斯条件路面的有效结构和材料

6.3 提高路面材料可靠性和耐久性的材料学措施

6.3.1 提高路面材料质量的基本方法

6.3.2 新型高性能材料的使用与施工工艺

结论

参考文献2100433B