《爆炸作用下軟土的熱流固力學回響及耦合機制研究》是鄭榮躍為項目負責人，寧波大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：爆炸作用下軟土的熱流固力學回響及耦合機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄭榮躍
- 依託單位：寧波大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
從滲流力學、土動力學、結構動力學、傳熱學角度出發，考慮熱流固耦合作用，採用試驗、理論和數值模擬相結合的方法，開展爆炸作用下軟土的熱流固力學回響及耦合機制研究。首先，通過模爆試驗，獲得不同裝藥量條件下軟土中超靜孔隙水壓力、應力波及溫度的時程分布，探討衝擊波(應力波)的傳播特徵及分界壓力，揭示爆炸荷載作用下軟土中超靜孔隙水壓力、應力波及溫度的演化規律。其次，利用試驗數據建立裝藥量與超靜孔隙水壓力、應力波及溫度之間的相互關係，探討軟土的熱流固耦合機制。最後，利用軟粘土彈塑性本構方程和修正的熱傳導定律，推導熱流固耦合彈塑性計算模型(THMPD)，在COMSOL Multiphysics平台編制用戶子程式，對爆炸荷載作用下軟土地層的力學回響及爆炸荷載作用下軟土隧道的熱流固耦合力學回響問題進行研究。本課題對於促進軟粘土熱力學理論的發展、爆炸處理軟基以及軟土中地下結構的防護設計和建設起一定的指導作用。
結題摘要
針對國內外關於軟黏土地層中爆炸試驗研究主要考慮流固耦合作用的現狀，本項目考慮爆炸溫度、水和土的耦合，利用現場試驗、理論和數值模擬相結合的方法，開展了爆炸作用下軟黏土的熱流固力學回響及耦合機制研究。首先，通過對軟土的現場模爆試驗，系統地測試了爆炸溫度、爆炸壓力及超靜孔隙水壓力的時程變化規律，並利用模爆試驗獲得的數據及土動力學原理，分析了爆炸後軟黏土中的應力、應變、溫度和孔隙水壓力之間的相互影響，揭示了爆炸作用下軟黏土的熱流固耦合機制；其二，通過開展第二次爆炸試驗，測定分析了爆炸衝擊波傳播和衰減規律，並在飽和多孔介質熱流固耦合動力回響模型基礎上，建立了飽和多孔介質熱流固耦合熱彈性波動理論，進而求解了SV波在平面上的反射及P波在熱彈和多孔熱彈性界面上的反射和透射，較為系統地研究了熱物性參數對波的傳播特性、反射和透射係數的影響規律；其三，假設溫度只產生熱脹冷縮應變，而其它與溫度相關的應變由應力產生，考慮土的先期固結壓力是溫度的函式，p’-q面上臨界狀態線斜率是溫度的函式，從而建立了考慮溫度的修正劍橋模型及邊界面模型，利用ABAQUS中THM單元與UMAT子程式技術，進行了二次開發。最後，通過開發TSDSSFEM有限元計算程式，同時利用LS-DYNA、ABAQUS、COMSOL數值計算程式，開展了現場爆炸試驗軟黏土動力學回響模擬、無限空間柱形孔洞多孔熱彈性動力回響、以及爆炸荷載作用下軟土地下結構的動力回響模擬，得到爆炸衝擊作用下軟土地層應力、溫度和孔隙水壓力的變化規律，以及爆炸作用下隧道襯砌的位移、加速時程變化結果，評價了軟土地層爆炸衝擊對地下結構的影響，並利用熱排水固結模型試驗驗證了爆炸軟基處理中的熱流固耦合效應及作用效果。
