各有关单位：

 现对我校参与长安大学申报2019年度陕西高等学校科学技术奖励项目——“岩土材料细观动态破损机理及3D 打印关键技术研究”有关信息进行公示，公示期为2018年11月15日-2018年11月19日（公示时间5天）。公示期内，任何单位或者个人对公示信息持有异议的，可以以书面方式向科技处提出，并提供必要的证明材料。

    联系人：王锵  郭梁        联系电话：82312677

项目名称: 岩土材料细观动态破损机理及3D 打印关键技术研究

完成单位: 长安大学，河海大学，西安理工大学

完成人: 田威，王岩，刘钦，柴少波，党发宁，雷光宇

项目简介:

   岩石、混凝土类准脆性材料动态力学性能作为各类工程抗震安全评价中重要组成部分,通过何种手段有效揭示材料的动态力学特性，是岩土材料这一研究领域的重大课题，而能否正确评价其结构的动力稳定性和正确认识其动态破坏机理是关系到国计民生和工程经济安全的基本问题。目前工程界提出的一个重要任务是，”重大工程的动力灾变研究”（见国家自然科学基金委重大研究计划项目指南，2009），其中的核心任务是，研究在各种动力(强地震、强台风)作用下，结构损伤、破坏演化诱致灾变的过程。这是一个跨越材料、构件、结构的多层次、多尺度的力学问题。

在以往的分析中常把岩石、混凝土材料视为宏观均匀连续体化繁为简进行分析，这对解决工程问题是非常重要和必要的。但是这种研究模式制约了人们对于岩土材料在动态荷载作用下内部微裂纹萌生、扩展、贯通至宏观裂纹形成失稳破裂过程的研究，无法准确反映岩土材料动态力学性能，也无法对混凝土材料的动力特性及其产生机制进行系统的研究。因此，要探索材料的劣化机制，需要从材料的细观结构试验研究入手。随着现代试验技术与基于微观、细观和宏观相结合的多尺度数值模拟技术的进步，结合材料的细观物理特征，探讨材料动态力学破损过程的物理机理。

随着现代试验技术与基于微观、细观和宏观相结合的多尺度数值模拟技术的进步，混凝上动态力学性能的研究正孕育着新的突破，其中关键的因素在于重视细观力学在动态力学性能研究中的基础性地位，并注意区别材料动态力学性能的不同物理机制各自的影响。为了充分的反映混凝土材料细观层次的物理，本项目旨在对混凝土材料的动态破坏过程进行研究，结合材料的细观物理特征，探讨混凝土材料动态力学破损过程的物理机制。

试验的作用有两个方面：一方面，为细观数值试验提供基础数据，包括试样组成材料的细观力学性质、试样的尺寸等；另一方面，检验数值试验结果的可靠性。在从细观层次入手进行混凝土的断裂过程模拟时，混凝土被视为由砂浆基质、粗骨料以及两者之间界面组成的复合材料，必须通过试验确定这三相组成材料的力学性质(包括弹性模量、强度、本构关系等)，以此为基础才能进行混凝土试样的断裂过程模拟，但是模拟结果还必须与真实试件的宏观试验结果进行比较，以验证其正确性和适用性。进行细观尺度的试验、理论分析和数值试验以便相互验证是必经之路。

由于室内力学试验的可重复性差以及数据的离散性较大，为了摆脱试验条件的限制和人为因素对其结果的影响，细观数值试验方法应运而生。目前，众多学者基于岩土材料的细观结构提出了较多的研究材料破损过程的力学模型，模型与实际试样尽可能保持一致，在建立模型基础上进一步研究了岩土材料细观结构变化规律及其力学性能。但是虚拟的数值模型与真实试件仍存在较大差异，因此希望能找到更准确的方法实现对材料真实的内部细观结构进行重建。

高应变率作用下混凝土试验除了传统的Hopkinson 压杆、电液伺服加载系统、落锤加载系统、板冲击加载系统等宏观试验方法外,近代发展起来的新的试验技术都已经不断的应用于混凝土力学领域例如X射线CT (X-Ray Computerized Tomography)技术、电镜扫描(Scanning Electron microscope)技术、声发射(Acoustic Emission)技术。计算机断层扫描（CT）作为一种有效的无损检测手段广泛应用于各领域。因此，在不能破坏研究对象的前提下，CT扫描技术显示了其优越性，基于CT图像的三维重建也越来越受到人们的重视，众多学者开展了基于CT图像的三维重建技术建立了真实表征岩土材料细观结构的数字模型，并在此模型基础上开展了大量的数值试验研究。

尽管如此，当前的研究仍然存在以下的问题：（1）研究仅仅停留在数字模型的计算机重建阶段，重建的三维数字模型事实上仍局限在二维空间，观察者仅仅依赖计算机生成的“三维视角”对模型进行观察，这与实体化模型仍然存在差距。（2）用细观数值试验研究材料细观破损机理，关键是确定组成混凝土的各相材料的力学参数以及强度参数，然而由于试验仪器的测量误差和材料的差异性，用实测参数去计算所得的破坏形式与试验结果往往存在较大的差异。

然而，由于天然岩体通常具有较高的非均质性，由同一岩心取出的多个试样可能无法获得一致的试验结果，从而导致试验结果也具有较大的离散型。另外，取样需要耗费大量的人力物力，并受到场地环境、试验费用等条件的限制，无法开展大量的力学性能试验。

CT扫描和3D打印技术是互为逆向工程的两种重要发明。CT扫描获取的数字模型减少了3D打印建模的难度，令一些无法直接利用CAD设计完成的模型得以建立。而3D打印技术的应用弥补了CT扫描技术无法直接获取实体试件这一缺陷，实现了将数字模型转化为实体模型的目标。基于此，本文将CT扫描技术和3D打印技术相结合，将CT图像重建获取的数字模型转化为实体模型，提出对岩土材料进行3D打印，制备了包含细观结构的3D打印试件。此方法打印过程高效、具有良好的可重复性，打印得到的实体模型能够直观、准确地复原试件内部细观结构特征，并可以确定出组成细观材料的力学参数和强度参数，为今后岩土力学研究中材料的替换、室内试验的开展和数值模拟结果的印证提供了新的研究思路。

主要知识产权目录:

一、主要论文及论著

二、发明专利