《微重力環境下岩土顆粒流動性態研究》是依託同濟大學，由黃雨擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微重力環境下岩土顆粒流動性態研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃雨
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目根據我國空間科技發展需求，針對當前缺乏微重力環境下岩土特性研究的現狀，以空心扭剪三軸試驗、落塔模型試驗為基礎，開展微重力環境下的岩土顆粒流動性態研究,分析流動特徵及其規律，並採用光滑粒子流體動力學（簡稱SPH）方法進行相關數值模擬。首先，進行不同有效圍壓條件下的土樣循環扭剪三軸試驗，以分析重力環境變化對岩土顆粒力學性質的影響；然後，開展落塔模型試驗研究，採集微重力條件下岩土顆粒流動變形過程的動態反應數據，捕捉流速、衝擊力及流動構型；再針對不同重力環境下的岩土顆粒流動運動問題，進行跨尺度SPH計算方法研究，與試驗數據進行對比驗證，建立微重力環境下岩土顆粒流動問題的高性能數值模擬方法。其研究成果將有助於揭示微重力環境下岩土顆粒的流動性態及動力演化機理，有力推動工程地質科學在空間科技，尤其是宇宙空間建設工程中的套用與創新，具有重要的科學理論價值及工程套用前景。
結題摘要
本項目根據我國空間科技發展需求，針對當前缺乏微重力環境下岩土特性研究的現狀，以空心扭剪三軸試驗、動力和靜力三軸試驗為基礎，採用中國科學院國家微重力實驗室落塔試驗系統（總高116米），開展了微重力環境下的岩土顆粒流動性態試驗研究，分析總結了流動特徵及其規律；同時，基於光滑粒子流體動力學（簡稱 SPH）方法進行相關數值模擬，建立了微重力環境下岩土顆粒流動問題的高性能數值模擬方法。首先，完成了不同有效圍壓條件下的土樣循環扭剪三軸試驗和中低圍壓狀態下的動、靜三軸試驗，揭示了不同圍壓下岩土顆粒力學性質的變化規律；自主研發了適用於微重力環境下的岩土顆粒流動特性研究的若干關鍵技術，即：用於落塔平台的砂土流動模型試驗系統（國家發明專利申請號20121057859.3）、一種岩土材料流滑災變的計算模擬方法（國家發明專利申請號201210292028.8）、一種工程用模擬月壤的材料（國家發明專利申請號201310483017.2）；成功開展了落塔模型試驗研究，通過高速攝像系統獲取了微重力條件下的岩土顆粒流動變形的運動過程及其在整個流動過程的動力反應記錄，分析了重力場變化對岩土顆粒材料流動速率、持續時間、流動範圍的影響；研究並發現了微重力環境下岩土顆粒流動中的類液氣相變等流動特性，揭示了類液氣相變的位置形態、形成機理；針對不同重力環境下岩土顆粒流動運動問題，進行了高性能SPH 計算方法研究，計算模擬了岩土顆粒流動過程中的構型發展趨勢及運動變化規律；經對比驗證，數值模擬得到的岩土顆粒流動過程與落塔模型試驗規律基本一致，最終建立了微重力環境下岩土顆粒流動問題的高性能數值模擬方法。本項目已發表國際SCI期刊論文11篇、EI論文3篇，充分體現了本研究成果的國際認可度與創新性。有關研究成果有助於揭示微重力環境下岩土顆粒的流動性態及動力演化機理，有力推動工程地質科學在空間科技，尤其是宇宙空間建設工程中的套用與創新，具有重要的科學理論價值及工程套用前景。
