采用复合防护材料的水下多介质耦合作用下重力坝抗爆机理研究

Considering the severe consequence of accident when the hydraulic dam impacted by a sudden load of the terrorist attack, it is worthy of attention for the anti-blast protection design and focusing on the dynamic response of the concrete dam subject to underwater explosion impact load and the mechanism and effect of the anti-blast protection measures. The dynamic mechanical properties of the composite foamed concrete with steel fiber used in the protective structure were measured by SHPB technology. The propagation characteristics of the shock wave in the composite protective material will be analyzed, and the constitutive model will be established to describe the failure mode and damage characteristics of the protective material. Based on the fluid - solid coupling algorithm, the propagation and superposition effects of the blast wave in different media will be analyzed, and the dynamic coupling model of the water - composite protective material - structure be constructed. Numerical model for detecting damage mechanism and protective measures of water - protector - dam with efficient and accurate simulation of engineering scale will be established. The reliability design method of underwater anti-blast protection system with multi-media will be explored and the failure path and mode be analyzed, so as the relationship between the energy dissipation and the degree of impact damage under the random parameters will be given. The results can provide technical support for concrete dam anti-blast protection measures, which has important basic theoretical significance and engineering value.

鉴于水工结构大坝遭遇恐怖袭击等突发极端荷载下的失事后果严重，对于其抗爆防护设计值得重视，重点对水下爆炸冲击荷载下混凝土大坝的动力响应及抗爆防护措施的设防机理和效果进行研究。利用SHPB实验装置，测定用于防护结构的纤维泡沫混凝土的动态力学特性，分析冲击波在复合防护材料中的传播特性，建立能够描述防护材料破坏模式和损伤特性的本构模型；以流固耦合算法为依据，分析爆炸冲击波在不同介质中的传播及叠加效应，构建水体-复合防护材料-结构的动力耦合数值模型；建立可以高效、精确模拟工程尺度的水体-防护体-坝体爆炸毁伤机制及防护措施的数值计算模型；探究多介质下水下抗爆防护体系的可靠性设计方法，就其失效路径和失效模式进行分析，给出随机参数下爆炸冲击波能量耗散和冲击损伤程度之间的关系。研究成果可为混凝土大坝抗爆防护措施和设防效果提供技术支撑，具有重要的基础理论意义和工程价值。

高坝大库全生命周期安全运行是国家重大需求，应对并降低库坝系统在极端爆炸事故工况下的风险亦是国防和国家战略安全的重大需求。本项目聚焦水工结构领域极端动力灾变的科学问题，通过复合防护材料的研究，探讨用于水工库坝系统的抗爆防灾防护材料的可行性。.本项目针对水工结构全生命周期设计中可能会遭遇到的爆炸冲击极端事故工况，通过室内试验、理论分析及数值仿真相结合的方法，研究了高应变率爆炸冲击荷载下钢纤维泡沫混凝土力学特性，修正了爆炸冲击荷载作用下混凝土类材料动态本构模型，通过建立的水体-复合防护体-结构的耦合模型，研究了水下爆炸冲击波的在钢纤维泡沫混凝土中的传播过程及多介质动力相互耦合作用效应，揭示了工程尺度重力坝爆炸毁伤机制。.本项目通过试验得到了复合钢纤维泡沫混凝土的力学特性，较好地描述了不同纤维特性下的钢纤维泡沫混凝土的静载力学特性，为用于抗爆防护设计的钢纤维泡沫混凝土配合比设计奠定基础；探讨了复合钢纤维泡沫混凝土防护板（层）的抗爆能力，结果表明水下爆炸冲击荷载作用下，增设复合钢纤维泡沫混凝土防护层可有效降低被防护碾压混凝土板结构的破坏程度。同时，探讨了水下抗爆防护结构体系可靠性设计方法，提出了整体大坝抗爆易损性评估模型。.在本项目研究期间，取得了一批有特色、有影响的成果。项目成果已发表高水平论文12篇，其中SCI收录10篇，EI收录2。培养博士研究生4人。项目研究成果对提高重大水工结构物的抗爆安全性具有重要意义。