爆炸作用下软土-结构耦合响应特征及失效机理研究

随着偶然和人为爆炸事件的不断增多，软土地下工程的爆炸安全与防护技术研究日趋迫切。软土地层中的工程结构与周围介质形成复杂的受力体系，开展爆炸作用下软土-结构耦合响应特征及失效机理研究，对软土地区地下工程抗爆性能基础研究和灾害防治技术发展有重要的理论和现实意义。项目从分析爆炸应力波在软土介质中传播、衰减和能量耗散机制入手，探索软土对爆炸应力波传播影响的微观机理；在此基础上，利用本构理论和爆炸动力学等理论，建立软土-结构耦合体系动力响应模型。基于改进的反应谱理论，考虑耦合体系动力作用效应对反应谱特征的影响，有限元计算得出耦合体系在不同爆炸波作用下的反应谱特征，并与现场测试结果进行对比分析，研究爆炸应力波作用下软土-结构耦合体系动力响应特征及其爆炸破坏、失效等作用效应。研究成果可以为软土地区地下工程爆炸减灾控制措施及受灾后的加固技术提供有益的科学依据。

项目从分析爆炸应力波在软土介质中传播、衰减和能量耗散机制入手，探索软土对爆炸应力波传播影响的微观机理；在此基础上，利用本构理论和爆炸动力学等理论，建立饱和软土动力响应本构模型；结合深厚淤泥质软土区域进行的爆破挤淤工程实践，通过室内试验、现场试验、理论研究和数值模拟等研究方法，开展饱和软土中通过爆破荷载作用实现快速筑堤研究，评估深厚软土中形成的悬浮式堤坝结构在爆破荷载作用下沉降变形与稳定性分析，研究内容大体上可以分为四大部分：.1. 建立饱和软土动力响应本构模型：爆炸荷载作用具有瞬时性、超高压、高频、衰减快等特征，爆炸应力波在饱和土中的传播与其他的岩土介质有着明显的不同。基于应力波传播理论，分析了爆炸荷载作用下饱和土介质响应特征，研究爆破卸载波作用特征、饱和土变形与强度特性，推导了描述爆炸应力波在饱和土三相介质中传播的有效应力运动方程。.2. 开展饱和软土介质爆炸响应离心模型试验研究：以惠州港兴盛油库护岸工程为原型，在爆破相似理论的基础上，通过概化模型和参数相似设计，在200g-t离心机中开展深厚淤泥爆破挤淤离心机试验研究。测试获取爆破前后不同位置处淤泥质软土物理力学参数，分析爆炸作用下软土介质的含水量、干密度、不排水强度等性状变化，推测爆炸作用对软土介质的扰动范围，划分不同的扰动区域，同时，监测爆破挤淤成堤过程中和工后堤坝沉降变形，分析其沉降变形规律。.3. 开展爆破挤淤堤坝沉降计算研究：分别采用传统沉降计算方法、FLAC数值模拟方法和基于多孔介质渗透理论的考虑浮力作用的沉降计算方法，对其爆破挤淤形成的“悬浮式”堤坝开展沉降计算，并与离心机试验结果和实际监测结果对比，分析这几种沉降计算方法的适用性和合理性。.4. 开展爆破挤淤堤坝稳定性研究：以惠州港兴盛油库护岸工程为工程实例，基于极限平衡分析理论，分别用瑞典条分法、Bishop法和Janbu法，得到爆破挤淤堤坝边坡在七种不同工况时的抗滑稳定性安全系数，对比和分析这几种方法对爆破挤淤堤坝边坡工程的稳定性分析的可靠性。基于强度折减的原理，应用FLAC建立有限元模型，对爆破挤淤堤坝边坡进行非线性有限元分析，计算堤坝边坡的安全系数，从而判断堤坝边坡的整体稳定性。