[发明专利]基于细观结构特性的高聚物碎石料力学性能分析方法

说明书

本发明公开基于细观结构特性的高聚物碎石料力学性能分析方法，包括：获取由基体高聚物、碎石和界面过渡区组成的SRP三相细观有限元模型；基于SRP三相细观有限元模型，分别获取基体高聚物密度、界面过渡区、碎石颗粒对SRP轴压性能的影响结果；基于影响结果，获取SRP轴压性能的影响因素以及各影响因素对SRP的影响结果，基于SRP轴压性能的影响因素以及各影响因素对SRP的影响结果预测不同细观组分参数下SRP的宏观力学性能。本发明能够对不同细观结构参数的SRP力学性能进行快速准确分析，为SRP的试验设计提供参考，还能够为高聚物碎石桩的工程应用提供依据，具有重要的科研意义和工程价值。

技术领域

本发明涉及高聚物复合材料分析技术领域，特别是涉及基于细观结构特性的高聚物碎石料力学性能分析方法。

背景技术

在我国社会经济发展的过程中，水利工程的建设具有重要的意义，不仅起到防洪固堤的作用，而且能进行灌溉、发电，影响着社会的生产和人们日常生活。因此，为保证社会稳定发展，必须要确保水利工程的建设质量。而在水利工程建设过程中，地基处理的质量影响着整体工程的建设质量，也是水利工程建设的重要组成部分，所谓“基础不牢，地动山摇”。在这样的情况下，有必要进一步提升水利工程地基处理技术水平，以此保障水利工程的建设质量，促进水利工程建设实现效益最大化。

随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，复合地基由于充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工程造价，得到了越来越广泛的应用。复合地基早先在建筑工程、交通工程中应用广泛，后在水利工程中得到应用。近些年来，在水利工程复合地基施工过程中，最常见的施工技术就是水泥粉煤灰碎石桩，其主要由水泥、煤炭粉以及碎石组成，具有独特的优势和特点，其中较为鲜明的一点是黏性好，能够有效提高地基的承载力。水泥粉煤灰碎石桩因其成本较低、效果较好等优点，受到施工单位的广泛关注和应用。但是由于水泥胶浆需要至少28天的养护期才能使桩体达到所需强度，这样势必会影响一些工期要求严格的工程进度。

非水反应类高聚物材料于20世纪80年代开始应用于工程领域。众多研究表明，此类高聚物材料具有以下特点：

(1)反应过程中不需要水参与，适应性好；

(2)具有较好的抗压和抗拉性能；

(3)成型较快，不需养护(15分钟即可达到最终强度的90％)；

(4)材料具有自膨胀性(最高可达25倍)，可实现对裂隙或空隙的填充和挤密。

因此，这种材料已被广泛应用于水利、土木、交通和采矿等领域的地基处理、防渗修复等实际工程中。将高聚物材料用于改性其他工程材料，也取得了较为理想的结果。

高聚物与碎石相结合形成的碎石增强高聚物复合材料(Crushed-stone-reinforced Polymer，SRP)既能克服散体桩适用范围小的缺点，又能解决水泥粉煤灰碎石桩养护时间长的问题。SRP承载能力优于碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩，具有良好的抗压力学性能，能适应复杂地基处理的要求，具有良好的应用价值和发展前景。

现有的关于SRP的研究，主要集中在SRP的宏观力学试验和高聚物碎石桩的模型试验。关于该材料细观力学性能值得进一步研究。因此，需要采用细观力学方法，通过扫描电镜和数值模拟，建立细观结构与宏观性能之间的联系，进一步探究SRP的力学性能和破坏机理。对SRP微观结构和力学性能的研究，能够对不同细观结构参数的SRP力学性能进行快速准确分析，为SRP的试验设计提供参考，也可以为高聚物碎石桩的工程应用提供依据，具有重要的科研意义和工程价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于细观结构特性的高聚物碎石料力学性能分析方法，以解决现有技术的问题，能够对不同细观结构参数的SRP力学性能进行快速准确分析，为SRP的试验设计提供参考，还能够为高聚物碎石桩的工程应用提供依据，具有重要的科研意义和工程价值。