碾压混凝土高坝水力劈裂的多尺度实验和数值模拟研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51779222
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    59.0万
  • 负责人：
    杨贞军
  • 依托单位：
    武汉大学
  • 学科分类：
    E0906.水工结构
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The heels and construction interfaces of high roller compacted concrete (RCC) dams under high water head are susceptible to dangerous hydraulic fracture which may lead to reservoir leakage, local damage or even complete failure. This is an unsolved key problem in the design and operation of RCC dams. This proposal is aimed at elucidating the mechanisms of hydraulic fracture across micro, meso and macro scales by developing a multiscale numerical method based on in-situ micrometer X-ray computed tomography (XCT) tests. Three-dimensional images showing the whole process of hydraulic fracture under different water pressures will be acquired first by the in-situ XCT tests of standard-sized specimens. Imaged based mesoscale finite element models (FEM) coupling the seepage and stress fields will then be built, validated and analyzed to understand the evolution of damage and fracture until failure and reveal the micro/mesoscale seepage-stress-fracture coupling mechanisms. Finally, an efficient multiscale numerical method based on the FEM and the scaled boundary FEM will be developed to study the macroscale hydraulic fracture mechanisms of high RCC dams in a view to provide strong scientific basis for the establishment of design criteria and safety assessment guidelines against hydraulic fracture under high water head in the future.
碾压混凝土(RCC)高坝的施工层面和坝踵区域在高水头作用下存在水力劈裂的危险，可能导致库水渗漏、局部损坏甚至整体溃坝，是RCC大坝设计和运行过程中悬而未决的关键问题。 本项目以阐明RCC渗流-应力耦合作用下高压水力劈裂的跨微观、细观、宏观力学机理这一科学问题为目标，提出以微观X光计算断层扫描(XCT)原位加载实验为基础的多尺度数值模拟方法。采用XCT-高压水力劈裂集成装置进行标准试件实验，获得不同水压下水力劈裂全过程的三维微观图像；建立并实验验证基于微观图像的渗-力耦合细观有限元(FEM)模型，精确模拟高水头下试件内部断裂损伤演化直至破坏的全过程，揭示RCC材料特别是在施工层面和坝踵附近的微细观渗流-应力-断裂耦合机理；开发耦合FEM和比例边界FEM的高效多尺度模拟算法，阐明RCC高坝水力劈裂的宏观破坏机理，为下一步建立抗高压水劈裂的设计公式和安全评价准则提供强有力的理论基础。

结项摘要

碾压混凝土高坝的施工层面和坝踵区域在高水头作用下存在水力劈裂的危险，可能导致库水渗漏、局部损坏甚至整体溃坝，是大坝设计和运行过程中悬而未决的关键问题。本项目以阐明混凝土渗流-应力耦合作用下高压水力劈裂的跨微观、细观、宏观力学机理这一科学问题为目标，提出以微观X射线计算断层扫描(CT)原位加载实验为基础的多尺度数值模拟方法。采用CT-劈裂集成装置进行原位实验，获得不同荷载下劈裂全过程的三维微观图像；建立并实验验证基于微观图像的渗-力耦合细观有限元(FEM)模型，精确模拟试件内部断裂损伤演化直至破坏的全过程，揭示微细观渗流-应力-断裂耦合机理。本项目分别建立了基于微观CT图像、随机骨料、魏布尔随机场的混凝土渗流-应力-断裂耦合模型，初步实现了有限元法FEM和比例边界有限元法SBFEM相结合、分别基于离散粘性界面单元方法和连续粘性损伤相场方法的水力劈裂多尺度数值模拟算法的开发，对进一步阐明高坝水力劈裂的宏观破坏机理、建立抗高压水力劈裂的设计公式和安全评价准则具有重要理论和工程实际意义。

项目成果

期刊论文数量（20）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
超高性能混凝土-螺旋钢纤维拉拔力的解析解及实验验证
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    浙江大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Ye JD;Yang ZJ;Liu GH;Yao Y
  • 通讯作者：
    Yao Y
硅烷涂层提升钢纤维-砂浆界面性能的试验研究
  • DOI：
    10.3785/j.issn.1008-973x.2021.01.001
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    浙江大学学报(工学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    姚勇;杨贞军;张麒
  • 通讯作者：
    张麒
Morphological characterization of crushed coal gangue by micro X-ray computed tomography scanning
碎煤矸石的显微X射线计算机断层扫描形态表征
  • DOI：
    10.1080/19392699.2020.1732946
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    International Journal of Coal Preparation and Utilization
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Zheng K. H.;Gao K. D.;Yang Z. J.;Wang Z. Y.
  • 通讯作者：
    Wang Z. Y.
A scaled boundary finite element formulation for dynamic elastoplastic analysis
用于动态弹塑性分析的缩放边界有限元公式
  • DOI：
    10.1002/nme.6146
  • 发表时间：
    2019-07
  • 期刊：
    International Journal for Numerical Methods in Engineering
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Yang ZJ;Yao F;Ooi ET;Chen XW
  • 通讯作者：
    Chen XW
Effects of concrete heterogeneity on FRP-concrete bond behaviour: Experimental and mesoscale numerical studies
混凝土异质性对 FRP-混凝土粘结行为的影响：实验和介观数值研究
  • DOI：
    10.1016/j.compstruct.2021.114436
  • 发表时间：
    2021-08-26
  • 期刊：
    COMPOSITE STRUCTURES
  • 影响因子：
    6.3
  • 作者：
    Li, Ya-Qi;Chen, Jian-Fei;Huang, Yu-Jie
  • 通讯作者：
    Huang, Yu-Jie

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其他文献

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杨贞军的其他基金

硅烷—纳米复合涂层表面改性钢纤维增强超高性能水泥基复材的制备、多尺度模拟和优化
  • 批准号：
    52173300
  • 批准年份：
    2021
  • 资助金额：
    58.00 万元
  • 项目类别：
    面上项目
基于原位微观CT实验和流-固-损伤相场耦合模拟的页岩水力压裂机理研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2019
  • 资助金额：
    60 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
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