侵爆荷载作用下半无限岩土介质的力学性能及边坡稳定性研究

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1、分类号:TU45210710-2012028009博士学位论文侵爆荷载作用下半无限岩土介质的力学性能及边坡稳定性研究李艳导师姓名职称赵均海教授申请学位级别工学博士学科专业名称结构工程论文提交日期2015年3月1日论文答辩日期2015年6月8日学位授予单位长安大学MechanicalPropertyofSemi-InfiniteGeotechnicalMediumandStabilityofSlopesSubjectedtoPenetrationandExplosionLoadADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate:LiYanS

2、upervisor:Prof.ZhaoJunhaiChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文屮以明确方式标明。本论文屮不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：衣施年6月习日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或

3、与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。(保密的论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：$枪年6月篆日导师签名：p/r年4月2日摘要岩石和土体材料是防护工程常用的天然保护材料，研究侵爆（侵彻爆炸）荷载作用下岩、土介质的力学性能及边坡稳定性问题，对精确制导武器战斗部的研制和地下防护工程的设计均具有重要意义。本文以连续介质理论为基础，以军事工程应用为目标，采用统一强度理论进行理论推导，并与MATLAB软件计算相结合，综合考虑应变率效应、中间主应力效应、强度准则差异、弹头形状、弹头滑动摩擦等因素的影响，对半无限岩石和非饱和土介质的抗侵彻性能、侵爆荷载作用下边坡的稳定性及滑塌量

4、进行研究。本文的主要研究内容和结论包括：(1)将统一强度理论与岩、土材料动力强度依赖应变率效应的物理模型相结合，分别推导了岩石和非饱和土材料在侵彻等动力荷载作用下的率型动态统一强度准则。本文所建立的率型动态统一强度准则考虑了材料的应变率效应、中间主应力效应和强度准则差异的影响，包含了一系列现有的动态强度准则和静态强度准则，是更加符合实际情况的强度准则系列，可以用于解决复杂应力状态问题。(2)基于岩石材料的率型动态统一强度准则和修正的土盘浮动锁应变模型，考虑应变率效应、中间主应力效应、强度准则差异的影响，推导了土盘整体平均锁应力和整体平均锁应变的表达式。根据侵彻物理过程，采用四阶Runge-

5、Kutta算法编制计算程序，求解了中低速（V900m/s）长杆弹侵彻半无限岩石靶时弹、靶的动力响应。研究表明：本文计算方法可以较好地描述整个侵彻过程中弹体的运动规律和岩石靶的动态响应，还可以得到一系列基于不同强度准则的解析解，有效地预测弹体侵彻深度的上限和下限。(3)针对低速（V300m/s）长杆弹侵彻半无限非饱和土介质问题，基于柱形空腔膨胀理论，采用MATLAB软件研究了侵彻过程中弹体的运动规律和靶体的动态响应，分析了基质吸力、应变率效应、中间主应力效应和强度准则差异等参数对弹体侵彻深度的影响规律。研究表明：本文计算方法可以有效地预测弹体侵彻深度的范围，并建立了不同强度准则下饱和土及

6、非饱和土侵彻深度解析解之间的定量关系。(4)基于统一强度理论，采用拟静力惯性力法、刚体极限平衡法和瑞典圆弧法，分别推导了岩质边坡和非饱和土边坡在侵爆荷载作用下的动力稳定系数的统一表达式，计算了相应的稳定系数损失率及边坡失稳工况下的最大滑塌量，得到了中间主应力效应、I强度准则差异、爆心深度和炸药量等因素对边坡稳定性的影响特性。研究表明：本文计算方法可以有效地确定侵爆荷载作用下边坡动力稳定系数、最大滑体高度及最大滑塌量的上限值和下限值。关键词：统一强度理论，岩石介质，非饱和土介质，边坡，侵彻，爆炸，应变率效应本论文得到以下项目的资助：国家自然科学基金项目(41202191)；中国博士后科学基金

7、项目(2012M520079，2013T60868)。IIAbstractAstherockandunsaturatedsoilarecommonnaturaldefensematerialsoftheprotectionengineering,itisessentialtostudythemechanicalpropertyandslopestabilityofthesegeotechnicalmediumsubjec