申请者提出了弹体侵彻岩土、混凝土介质中近区的动摩擦机理,揭示了侵彻过程中介质局部变形破坏状态及结构响应规律,系统建立了目标抗冲击局部破坏效应计算理论体系,研制并发展了几种有效的遮弹防护技术。提出了摩擦型非均匀介质在强动载下的变形破坏机理,揭示了地下爆炸地冲击效应的基本规律。提出了爆炸地冲击下三相饱和土介质中多组分相互作用机理,揭示了爆炸波在其传播规律及爆炸后效应液化规律,系统建立了饱和土中波与结构相互作用的计算理论方法。提出了冲击与爆炸对结构整体的破坏机理,揭示了结构的承载能力及变形与破坏响应规律,系统建立了结构抗冲击爆炸作用计算理论,提出了防护结构的减震技术。发表论文100余篇,其中重要学术期刊68篇,重要国际学术14篇,EI收录60篇,与钱七虎院士合著《冲击爆炸效应与防护结构计算理论》,获国家科学技术进步二等奖2项、省部级科学技术进步一等奖3项,省部级科学技术进步二等奖8项。
deep rock mass;nonlinear deformation;constitutive model;protective engineering;anti-explosion computation
1. 深部岩体非线性力学行为深入研究了强压缩岩体出现局部变形增量的逆转、深部围岩出现分区破裂化的科学规律,揭示了深部岩体加、卸载扰动下,岩体构造的层次特性、非连续非均匀特性和不可逆变形行为的演化过程。弄清了深部岩体块系间产生超低摩擦现象的规律,揭示了动载扰动下含能岩体势能转化为动能的机理。系统建立了深部工程开挖诱发岩爆、大变形和分区破裂灾变统一的非线性力学理论。以物理细观力学为基础,弄清了深部岩体开挖卸荷能量聚集、传递与释放规律,揭示了围岩破坏峰后曲线下降段的脆性、断裂韧度是决定产生分区破裂化或发生岩爆的关键机理。首次研究了深部岩体抗钻地核爆打击的毁伤效应,建立了率相关内摩擦模型,得到了近区至中远区高地应力岩体中地冲击运动参数,揭示了不同爆炸当量激活块体的尺度随爆心距的关系和岩块不可逆位移的分布规律。 2. 深部岩体非线性本构方程深入研究国内外深部岩体及工程实验室与现场的现有资料,系统考虑深部岩体加、卸荷呈动力现象、深部围岩与时间相关的体积扩容及摩擦滑移大变形等现象,基于物理细观力学理论,提出了多阶段、多水平、多尺度本构模型。该模型采用应力率和应变率张量来描述介质的状态并引入采用Jumman导数对应力进行修正,可以计算大变形;引入摩擦型摩尔库伦准则描述三个强度长期强度、破坏强度和残余强度;考虑不同构造尺寸塑性变形基本载体带来的塑性剪切强化中的所有贡献,提出粘塑性演化方程;破坏强度之后为峰后软化阶段,引入裂纹散步理论描述岩石从完整到破碎过程中的强度演化规律。基于ABQUES二次开发平台研制用户子程序。实现了深部地下防护工程设计、施工和防护的统一模拟计算方法。 3. 深地下防护结构抗爆计算深地下防护结构抗爆计算既要考虑地冲击波的整体作用,也要考虑因爆炸地震波作用激活深地下岩块冲击的局部作用。采用波动矩阵力法研究深地下防护结构抗整体作用,得到了结构的动力集中系数和结构内力、弯矩、位移等参数的变化规律。分析了围岩等级、荷载作用位置、荷载正压时间、入射波角度等因素对衬砌动力响应的影响,提出了喷锚支护与带软衬垫的复合防护结构技术。通过模拟实验得到验证。首次采用刚塑性模型,研究深地下防护结构抗局部撞击作用,根据推得撞击阻抗曲线的汇聚特征,首次推得了核弹比例炸深地下防护结构抗局部冲击的临界震塌和贯穿厚度计算公式,并通过与经验公式的对比,验证了该方法的可靠性和实用性