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科研進展

武漢巖土所地震作用下巖石材料的非線性動態本構模型和動態力學性質取得進展

發表日期:2023-02-22來源:武漢巖土力學研究所放大 縮小

  隨著我國國民經濟建設的持續快速發展以及西部大開發戰略的實施,一大批大型巖體工程正在或即將營建。在交通工程領域,長度達數公里乃至數十公里的公路和鐵路隧道因地勢險要和部位關鍵,成為交通、鐵路等生命線工程的主體結構與咽喉(如川藏鐵路)。近一個世紀以來,世界范圍內發生的一系列大地震使眾多的巖體工程遭受震害,強地震動的影響乃至誘發的破壞已成為不可避免的工程建設難題,開展地震動態響應規律研究是重大工程建設的迫切需求,巖石材料的動態本構關系是數值分析方法準確模擬地震動下巖體工程響應的基礎和關鍵。

  對此,中國科學院武漢巖土力學研究所巖土工程抗震安全組盛謙、周永強和付曉東等研究人員針對地震作用下巖石材料的動態力學性質和動態本構模型開展了系統的研究。首先,基于地震作用的特點,將地震荷載等效成中低應變率的動態循環荷載,并系統研究總結該荷載作用下巖石材料的動態力學性質;其次,基于熱力學理論,結合數據分析與損傷理論,首次詳細分析了巖石材料在動態加載和動態循環荷載下率效應與損傷效應的相互關系;然后,運用次加載面理論和修正CWFS、動態增強因子模型,建立了地震作用下巖石動態非線性本構模型,該模型有效表征巖石材料滯回圈、累積塑性應變、損傷效應、率效應以及損傷和率效應的耦合效應,實現了巖石動態非線性本構的理論創新與發展;最后,在此基礎上,通過數值實驗,揭示了不同加載參數的分級和多級循環荷載、真三軸不同加載頻率循環荷載下巖石材料的動態力學性質,有效地驗證了該本構模型的準確性及應用前景,并首次揭示了地震荷載和循環荷載下巖石材料的動態力學性質差異,及不同地震荷載下巖石材料的動態力學性質差異,突破了試驗機認識的局限,并提出了適用試驗機一種快速確定地震荷載等效形式的方法。

  該成果得到973項目、國家重點基金、自然科學基金的大力支持,發表在Rock Mechanics and Rock Engineering、Soil Dynamics and Earthquake Engineering、Mechanics of Materials、Journal of Engineering Mechanics等巖土類頂級期刊的SCI論文10篇、國內三大巖土等期刊的EI論文8篇,其中一篇入選ESI高被引和熱點論文。此外,授權發明專利3項。

  論文鏈接:

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-022-02947-z

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-021-02756-w

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-020-02128-w

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0267726119300818?via%3Dihub

  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0267726119312953?via%3Dihub

  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167663619309603?via%3Dihub

  https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29EM.1943-7889.0002055

  https://link.springer.com/article/10.1007/s40948-021-00287-w

 

圖1 地震作用下巖石材料的非線性動態本構模型

 

 

圖2 地震類等效荷載作用下巖石材料的動態力學特征

 

 

圖3 不同真實地震作用下巖石材料的動態力學性質

 

圖4  ESI高被引和熱點論文

附件:
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