[發明專利]基于細觀結構特性的高聚物碎石料力學性能分析方法

有效

• 申請號: 202110690501.7
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113420478B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 王娟;李迅;方宏遠;張娟;鄧宇;孫斌
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 李艷芬

本發明公開基于細觀結構特性的高聚物碎石料力學性能分析方法，包括：獲取由基體高聚物、碎石和界面過渡區組成的SRP三相細觀有限元模型；基于SRP三相細觀有限元模型，分別獲取基體高聚物密度、界面過渡區、碎石顆粒對SRP軸壓性能的影響結果；基于影響結果，獲取SRP軸壓性能的影響因素以及各影響因素對SRP的影響結果，基于SRP軸壓性能的影響因素以及各影響因素對SRP的影響結果預測不同細觀組分參數下SRP的宏觀力學性能。本發明能夠對不同細觀結構參數的SRP力學性能進行快速準確分析，為SRP的試驗設計提供參考，還能夠為高聚物碎石樁的工程應用提供依據，具有重要的科研意義和工程價值。

技術領域

本發明涉及高聚物復合材料分析技術領域，特別是涉及基于細觀結構特性的高聚物碎石料力學性能分析方法。

背景技術

在我國社會經濟發展的過程中，水利工程的建設具有重要的意義，不僅起到防洪固堤的作用，而且能進行灌溉、發電，影響著社會的生產和人們日常生活。因此，為保證社會穩定發展，必須要確保水利工程的建設質量。而在水利工程建設過程中，地基處理的質量影響著整體工程的建設質量，也是水利工程建設的重要組成部分，所謂“基礎不牢，地動山搖”。在這樣的情況下，有必要進一步提升水利工程地基處理技術水平，以此保障水利工程的建設質量，促進水利工程建設實現效益最大化。

隨著工程建設的飛速發展，地基處理手段也日趨多樣化，復合地基由于充分利用樁間土和樁共同作用的特有優勢和相對低廉的工程造價，得到了越來越廣泛的應用。復合地基早先在建筑工程、交通工程中應用廣泛，后在水利工程中得到應用。近些年來，在水利工程復合地基施工過程中，最常見的施工技術就是水泥粉煤灰碎石樁，其主要由水泥、煤炭粉以及碎石組成，具有獨特的優勢和特點，其中較為鮮明的一點是黏性好，能夠有效提高地基的承載力。水泥粉煤灰碎石樁因其成本較低、效果較好等優點，受到施工單位的廣泛關注和應用。但是由于水泥膠漿需要至少28天的養護期才能使樁體達到所需強度，這樣勢必會影響一些工期要求嚴格的工程進度。

非水反應類高聚物材料于20世紀80年代開始應用于工程領域。眾多研究表明，此類高聚物材料具有以下特點：

(1)反應過程中不需要水參與，適應性好；

(2)具有較好的抗壓和抗拉性能；

(3)成型較快，不需養護(15分鐘即可達到最終強度的90％)；

(4)材料具有自膨脹性(最高可達25倍)，可實現對裂隙或空隙的填充和擠密。

因此，這種材料已被廣泛應用于水利、土木、交通和采礦等領域的地基處理、防滲修復等實際工程中。將高聚物材料用于改性其他工程材料，也取得了較為理想的結果。

高聚物與碎石相結合形成的碎石增強高聚物復合材料(Crushed-stone-reinforced Polymer，SRP)既能克服散體樁適用范圍小的缺點，又能解決水泥粉煤灰碎石樁養護時間長的問題。SRP承載能力優于碎石樁和水泥粉煤灰碎石樁，具有良好的抗壓力學性能，能適應復雜地基處理的要求，具有良好的應用價值和發展前景。

現有的關于SRP的研究，主要集中在SRP的宏觀力學試驗和高聚物碎石樁的模型試驗。關于該材料細觀力學性能值得進一步研究。因此，需要采用細觀力學方法，通過掃描電鏡和數值模擬，建立細觀結構與宏觀性能之間的聯系，進一步探究SRP的力學性能和破壞機理。對SRP微觀結構和力學性能的研究，能夠對不同細觀結構參數的SRP力學性能進行快速準確分析，為SRP的試驗設計提供參考，也可以為高聚物碎石樁的工程應用提供依據，具有重要的科研意義和工程價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于細觀結構特性的高聚物碎石料力學性能分析方法，以解決現有技術的問題，能夠對不同細觀結構參數的SRP力學性能進行快速準確分析，為SRP的試驗設計提供參考，還能夠為高聚物碎石樁的工程應用提供依據，具有重要的科研意義和工程價值。