服役過程中鐵電陶瓷會受到應(yīng)力、電場和服役環(huán)境的影響，這些因素會導(dǎo)致性能隨時間逐漸劣化，對材料及器件所在線路的穩(wěn)定性及使用壽命造成不利影響。研究力－電－環(huán)境耦合作用下鐵電陶瓷的滯后斷裂機理，不僅在多場耦合理論方面有重要理論意義，對鐵電功能器件服役的可靠性也具有十分重要的實際應(yīng)用價值。. 本申請的研究內(nèi)容是，探討真空中外加電場下鐵電陶瓷是否能夠發(fā)生滯后斷裂。利用原子力顯微鏡研究力－電－環(huán)境耦合情況下裂紋的形核、擴展與鐵電疇轉(zhuǎn)變的關(guān)系，在透射電鏡下研究裂紋形核和擴展與鐵電疇等微觀結(jié)構(gòu)演化的關(guān)系，探討鐵電陶瓷滯后斷裂的物理本質(zhì)，以及電場、應(yīng)力、化學(xué)介質(zhì)多場耦合的機理。

1.項目背景：隧道修建中常遇到涌水突泥災(zāi)害，目前對非揭穿型裂隙圍巖滯后性破裂及其引起的涌水突泥機理和形成條件未給予足夠重視，導(dǎo)致許多隧道出現(xiàn)開挖掌子面后方發(fā)生較大規(guī)模的涌水突泥工程事故，造成了眾多人員傷亡和巨大財產(chǎn)損失。為此,申請面上基金項目“裂隙性隧道圍巖滯后性破裂及涌水突泥機理研究”，開展相關(guān)問題的研究并得到基金委批準(zhǔn)。 2.主要研究內(nèi)容：（1）依托隧道區(qū)天然地應(yīng)力及圍巖應(yīng)力分布和隧道圍巖巖石力學(xué)特性及巖體結(jié)構(gòu)；（2）隧道區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征及水文地質(zhì)特征；（3）隧道圍巖巖體力學(xué)特性與巖體水力學(xué)結(jié)構(gòu)模型；（4）圍巖結(jié)構(gòu)性時效變形和破裂與涌水突泥機制。 3.重要成果：（1）理論與方法成果：1）小曲率或直邊隧道圍巖變形破裂逐漸向板裂化發(fā)展，形成的定向裂隙孔隙率逐漸變大；2）地下泥水逐漸向變大的定向裂隙聚集形成地下泥水壓力并逐漸增大；3)板裂化圍巖在軸向圍巖應(yīng)力和橫向地下泥水壓力作用下產(chǎn)生時效彎曲變形破裂，達到極限狀態(tài)時突發(fā)脆斷，泥水突然噴涌而出形成災(zāi)害；4)在板裂化圍巖時效彎曲變形過程中如有爆破等動力觸發(fā)，板裂化圍巖將會提前突然破裂引起涌水突泥；5）建立了圍巖板裂概化模型，推導(dǎo)了變長度、厚度及地下泥水壓力下的兩端固定，軸向圍巖壓應(yīng)力和橫向地下泥水壓力作用下的板彎曲時效變形破裂理論公式，建立了突發(fā)破裂判據(jù)，并得到原樣小模型、相似材料模型及數(shù)值模型分析結(jié)果初步驗證。（2）論文成果：發(fā)表論文46篇，其中期刊論文45篇，會議論文1篇；檢索論文SCI論文3篇，EI論文10篇，北大中文核心期刊論文37篇；另有2篇錄用待刊。（3）專利成果：發(fā)明專利2項，新型專利4項。（4）出站博士后1名;畢業(yè)博士2名，即將畢業(yè)3名；畢業(yè)碩士17名，即將畢業(yè)2名。 4.關(guān)鍵數(shù)據(jù)及其科學(xué)意義：板裂化圍巖破裂深度是隧道小曲率或直邊墻長度的0.4-0.5倍，這對裂隙性圍巖變形破裂及涌水突泥機理認識及引起的工程災(zāi)害評價防治具有科學(xué)意義。 2100433B

本項目以深埋隧洞圍巖的時效變形誘發(fā)滯后型巖爆這一關(guān)鍵科學(xué)問題為核心，基于流變力學(xué)、損傷力學(xué)、信息科學(xué)等多學(xué)科交叉的研究方法，探索深埋隧洞滯后型巖爆的誘發(fā)機理。通過卸荷蠕變變形損傷演化規(guī)律及蠕變率隨時間的發(fā)展階段特征研究，建立了反映材料流變特性的細觀本構(gòu)關(guān)系和細觀損傷演化方程。總結(jié)了錦屏二級引水隧洞的巖爆發(fā)生特征，系統(tǒng)研究了影響滯后型巖爆發(fā)生的條件：內(nèi)部因素（巖石材料的蠕變效應(yīng)、非均勻性）和外部效應(yīng)（濕度擴散、動力作用）。根據(jù)巖體破裂過程中的3S機理，建立微震監(jiān)測技術(shù)的巖爆臨界預(yù)警機制。本項目成果為深埋隧洞變形失穩(wěn)控制及長期穩(wěn)定性的預(yù)測提供理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。 在本項目的資助下，課題組出版專著1部，申請發(fā)明專利3項，獲得省部級科技進步二等獎1項，省部級學(xué)術(shù)成果三等獎1項。在國際刊物上發(fā)表論文8篇，國內(nèi)核心刊物上發(fā)表論文5篇。其中，SCI收錄論文4篇，EI收錄論文8篇，接受未刊出論文1篇（EI刊源）。培養(yǎng)博士研究生3人，碩士研究生7人。參加國際學(xué)術(shù)會議3人次。 2100433B

我國斜拉橋數(shù)量已居世界之首，索塔是斜拉橋中重要的受力構(gòu)件，調(diào)查表明，現(xiàn)役斜拉橋中大部分混凝土索塔在施工和運營期間發(fā)生開裂，不僅影響結(jié)構(gòu)使用壽命，還埋下了嚴重的安全隱患。本項目擬通過現(xiàn)役混凝土橋梁的裂縫調(diào)查，統(tǒng)計分析常見裂縫的類型和形式；通過非線性有限元方法仿真分析模擬開裂過程，揭示開裂機理和裂縫擴展規(guī)律；通過抗裂可靠度研究，為結(jié)構(gòu)抗裂性能的度量和預(yù)測提供合理的理論依據(jù)；通過參數(shù)分析，探明影響開裂的主要參數(shù)，提出防止開裂的應(yīng)對措施；通過綜合考慮抗裂應(yīng)對措施的效用和經(jīng)濟指標(biāo)，對索塔生命周期性能進行優(yōu)化，為修訂相關(guān)規(guī)范條文及斜拉橋設(shè)計、管養(yǎng)決策提供理論依據(jù)。研究成果具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。