水饱和混凝土含损伤动态本构关系与水下混凝土爆破破坏机理研究

水下工程爆破是水下工程施工过程中有效的高速施工方法。本项目拟以实验和理论相结合的方法建立水饱和混凝土的压力相关屈服准则、拉伸和压剪损伤演化方程和含损伤的动态本构关系；改进已有的流固耦合有限元计算软件，开展爆炸应力波在水饱和混凝土中的传播及衰减规律的系列数值模拟，并通过对计算结果、试验结果以及工程实例的对比、分析和总结，揭示水下混凝土中爆破诱发损伤的发展规律及其破坏机理，对水深和爆破参数等因素对爆破效果的影响规律进行深入探讨。该项研究将为精确地描述水下爆破引起的混凝土损伤分布特征和破坏范围、水下爆破控制参数的优化设计等提供科学依据，研究成果具有重要理论意义和广阔工程应用前景。

饱水情况下，混凝土的力学性能发生改变。本项目利用MTS试验机和大口径分离式霍普金森压杆(SHPB)装置，开展了干燥和饱水混凝土准静态和动态力学特性试验研究。基于试验结果，分析了水对混凝土准静态和动态力学特性的影响规律，并给出了混凝土强度与应变率的关系；借鉴现有相关研究成果，分析围压对混凝土材料的影响，给出了混凝土材料压剪耦合屈服准则和相应的材料参数；从细观角度出发，将等效微孔洞体系的概念与有核长大模型的思想相结合，根据有关物理关系通过严格的数学推导，提出了一种脆性材料的压剪耦合损伤演化方程，并应用于混凝土脆弹性损伤软化本构模型之中。结合建立的混凝土损伤本构模型，开展了水下混凝土爆破的数值模拟分析，并与水下混凝土爆破模型试验结果对比分析。通过对计算结果、试验结果的对比、分析和总结，探讨深水条件下不耦合装药混凝土爆破损伤破坏随水深的变化情况，揭示水下混凝土中爆破诱发损伤的发展规律及其破坏机理。该项研究将为精确地描述水下爆破引起的混凝土损伤分布特征和破坏范围、水下爆破控制参数的优化设计等提供科学依据，研究成果具有重要理论意义和广阔工程应用前景。