重复爆炸条件下地冲击效应试验研究

为探索常规武器重复打击下岩石介质中压力波及正压作用时间随传播距离的增加而衰减的规律,进行岩石介质中不同比例装药和比例距离的一次钻孔爆炸和重复钻孔爆炸试验。试验结果表明：在相同试验条件下,相同测点处一次钻孔爆炸所产生的峰值压力和正压作用时间要小于二次钻孔爆炸,其衰减速度要低于二次钻孔爆炸,但其衰减趋势均符合岩石介质中压力波衰减规律。对试验结果进行分析,给出峰值压力和正压作用时间随比例距离增加而衰减的关系曲线,并拟合得出相应的经验公式,揭示峰值压力和正压作用时间随比例距离增加而呈指数衰减的规律。     

重复爆炸条件下地冲击效应试验研究

 为探索常规武器重复打击下岩石介质中压力波及正压作用时间随传播距离的增加而衰减的规律，进行岩石介质中不同比例装药和比例距离的一次钻孔爆炸和重复钻孔爆炸试验。试验结果表明：在相同试验条件下，相同测点处一次钻孔爆炸所产生的峰值压力和正压作用时间要小于二次钻孔爆炸，其衰减速度要低于二次钻孔爆炸，但其衰减趋势均符合岩石介质中压力波衰减规律。对试验结果进行分析，给出峰值压力和正压作用时间随比例距离增加而衰减的关系曲线，并拟合得出相应的经验公式，揭示峰值压力和正压作用时间随比例距离增加而呈指数衰减的规律。     

集团装药爆炸下新型结构的削波性能

采用含孔穴的新型结构作为人防工程中的分配层,利用集团装药爆炸模拟航弹触地爆炸,对4种分配层结构抗集团爆炸载荷的防护效果进行了相似模拟室外化爆试验,并利用非线性软件LS-DYNA对该此4种模型进行了数值仿真.结果表明：同样厚度下,孔穴的存在使得后方的应力峰值被明显削弱,而且圆形孔穴对应力峰值的削弱程度要明显强于矩形孔穴;但在孔穴上方加入薄钢板层后,孔穴对其后方应力的削弱效果减弱,这是因为嵌含薄钢板后应力波的透射系数增大.研究结果为抗爆防震工程中新型防护层的科学设计提供了一定理论依据.     

有限长柱形装药爆炸应力波传播分析

为研究有限长柱形装药爆炸应力波的传播问题,首先进行了小装药量在模拟围岩介质自由场中的爆炸试验,所测得的应力时程曲线上先后出现两个应力峰值,依次对应纵波和横波,并且横波的应力峰值受柱形装药长径比变化的影响较大;在试验基础上采用椭球面波形式分析有限长柱形装药爆炸应力波的传播,椭球波阵面传播速度在沿r和φ两个方向衰减,随着波阵面的膨胀,沿φ方向传播速度逐渐趋于零,椭球波阵面逐渐过渡到球形波阵面;利用特征线法推得了椭球面波纵波和横波波速表达式,与爆炸试验中测得的应力时程曲线上出现纵波和横波两个峰值的试验现象相互印证。     

爆炸波信号识别及其动力学过程的实验研究

通过测试到的不耦合装药加载条件下混凝土中产生的径向爆炸波信号分析,识别和分离了信号中的爆炸冲击波、应力波及爆生气体膨胀作用,并就各自作用时间、大小、衰减规律及爆后损伤开展了定量研究。结果表明:在同一测点处同时受到爆炸冲击波、应力波及爆生气体的共同作用,作用时间分别为3.5,3.3和16.6μs;爆炸冲击波表现为压应力,峰值在1000 MPa以上;应力波表现为拉压作用,爆生气体膨胀表现为持续的拉应力或压应力的准静态作用。爆炸冲击波应力峰值随距离呈非线性快速衰减,应力波和爆生气体作用正负应力峰值随距离衰减缓慢,混凝土中爆炸波作用分区与凝聚炸药爆轰结构的压力分布有关。爆后混凝土的损伤实验表明:爆炸除形成了通自由面的7条裂纹外,在炮孔周围形成了半径为12.5 cm的损伤区,且损伤阈值Dcri=0.2,与理论计算一致。     

石灰岩中球形装药封闭化爆试验的自由场应力和地运动

对石灰岩中50,100,800,1 000和2 000 kg TNT的系列球形装药封闭爆炸试验的350 km/kt1/3比例爆距内的自由场应力波和30 km/kt1/3比例爆距内的地运动测量数据,按爆炸相似律进行归一化分析处理,拟合得到自由场应力、地表粒子速度、地表比位移及地表比加速度等特征参量峰值随比例爆心距的衰减规律,并与硬岩(花岗岩、砂岩、石灰岩)中的核爆相应结果进行对比.结果表明,化爆试验的地表比加速度峰值远小于核爆的,其他特征参量的峰值衰减规律与核爆的大体一致.讨论与自由场应力波、地表运动参数测量及数据分析相关的若干问题,指出:只有通过现场试验积累足够的数据资料,从统计学的角度来研究,才能比较客观地了解岩体中爆炸的自由场和地运动变化规律,而化爆能在一定程度上模拟核爆的力学效应.在自由场应力波测量中,化爆模拟试验需要更高频响的测试系统.在地表运动测量中,由于波传播路径上的岩体对高频波的吸收很强,在一定比例爆距外,化爆与核爆的地运动信号频率并无太大的差别,波传播路径上的岩体性质对加速度参量的影响最大,这是化爆比例加速度峰值远小于核爆的主要原因.     

爆炸应力波引起地表位移的数值分析

将爆孔围岩粉碎区简化为一个圆形孔洞,将半空间表面假定一个半径为无穷大的圆弧,则爆炸应力在粉碎区表面产生向外传播的P波(压缩波),在半空间表面产生散射,而散射波在粉碎区上再次产生散射,如此多次散射,进而引起半空间表面的位移。根据粉碎区周边应力平衡和半空间表面完全自由的边界条件,求得了待定散射系数,并进一步得到了半空间表面的位移的理论解答。最后通过数值计算分析了不同爆炸应力峰值和爆炸源埋深对地表位移的影响,结果表明:(1) 在爆炸源埋深和爆孔围岩粉碎区大小等条件都相同的情况下,随着爆炸应力峰值的增大,地表振动位移明显增大,增大的数值基本上与爆炸应力峰值成线性比例;(2) 在爆炸应力峰值和爆孔围岩粉碎区大小等条件都相同的情况下,随着爆炸源埋深的增大,地表处水平位移和竖向位移明显减小,但减小的幅度由快变缓。     

岩体单孔及群孔齐发爆破爆炸荷载数值分析

采用广东岭澳核电站现场岩体的力学特性和基岩爆破参数,利用高能炸药的状态方程模拟岩石乳化炸药的爆炸过程,并假定岩石在爆炸产生的高应变率和高压环境下符合率相关的弹塑性本构关系,由此利用显式动力分析方法模拟单孔柱状装药和群孔齐发爆破柱状装药情况下的岩体爆炸应力波的传播过程,分析岩体爆炸粉碎区边界峰值应力的变化情况和衰减特征,并与相关理论公式进行比较,得到单孔和群孔齐发爆破情况下岩体爆炸荷载随装药量的变化规律。研究结果表明,爆源近区岩体爆炸冲击波压力急剧衰减;岩体爆炸峰值应力随装药量增加而增加;拉应力随药量的增长幅度远比压应力小;单孔药量的变化对岩体爆炸荷载的影响大于最大段药量的影响。工程实践中采用多爆孔小药量的爆破方式能有效减小岩体动态响应。     

湿砂场地爆炸成坑效应的现场试验与数值模拟研究

 蓄水土坝坝顶、地基浅层等部位的含水土体受到爆炸作用时会形成爆坑,从而对岩土工程构筑物造成严重灾害。为了研究含水土中爆炸成坑效应的影响因素,开展一系列湿砂中的爆炸现场试验,同时利用光滑粒子流体动力学和有限元耦合方法(SPH-FEM)对爆坑试验进行评价。研究结果表明：根据药包的比例埋深,湿砂中的爆坑形态分为封闭爆炸、塌陷型漏斗坑和抛掷型爆坑。当比例埋深小于1.5 m/kg1/3时,易形成抛掷型爆坑,而发生封闭爆炸的临界比例埋深为2.3 m/kg1/3。对于抛掷型爆坑,可见直径试验值和数值计算的真实直径均与相应的ConWep预测值表现出很好的一致性。通过SPH粒子的运动实现的爆炸鼓包过程与试验中抛掷物运动规律一致,发现利用数值计算的真实爆坑尺寸预测可见爆坑直径的方法满足工程应用要求。爆坑直径受土体的密度和强度参数的影响偏差都在10%以内,在试验基础上结合量纲分析法,推导了关于药量与埋深的爆坑直径经验公式。     

命中角对防护结构爆炸荷载的影响试验研究

为研究装药命中角度对防护结构的爆炸荷载的影响规律,对直墙拱防护结构及围岩进行了系列爆炸试验,得到了直墙拱拱顶、拱脚以及直墙底处的爆炸荷载和位移波形图;通过分析直墙拱不同部位压力峰值和位移峰值发现,随着装药命中角度增大,拱顶处的压力和位移峰值随之而减小,但拱脚处的压力和位移峰值随之而增大,并且拱脚处的位移峰值增大幅度远远高于压力峰值增大幅度,而直墙底几乎不受装药命中角度变化的影响,可供参考使用。     

岩石侵彻爆炸效应的数值模拟

运用非线性有限元和爆炸冲击波理论，对侵彻爆炸条件下岩石的破坏效应，如爆炸波传播过程、爆炸成坑效应进行了模拟。计算中对炸药直接划分单元，算例结果验证了所提方法的有效性。     

花岗岩中化爆的自由场应力波传播规律分析

总结分析了在花岗岩中进行的l～150kg TNT系列化爆试验的应方波测试数据，按岩性区分，给出了相应的自由场应力波衰减规律，其地运动参数的规律较强。与核爆结果对比表明，化爆试验的应力波衰减较快，其原因在于小药量化爆的应力波传播对岩体状况较敏感。基于化爆试验测试结果和现场岩性及工程施工状况，分析了应力测值偏低和分散的原因，讨论了现场应力波测试中所需注意和解决的问题，指出用粒子速度测值转换的应力比直接测量的应力更能反映现场岩体中的应力状况。     

一种特殊锚固结构抗动载性能研究

本文采用LS—DYNA有限元软件,对分别采用一般锚固结构和特殊类型复合锚固结构加固支护的洞室在爆炸荷载作用下的性能进行了数值模拟。文中着重分析了在爆炸条件下应力波传播及爆坑形成过程、爆炸近区围岩中的压力波和复合锚固结构构造措施区断裂缝形成过程,同时与试验结果进行了比较,并对其作用机理进行了分析。结果表明：两个模型的计算爆坑大小与试验结果基本吻合;新型复合锚固构造措施段使得锚固区外的弱化区介质内出现了局部自由面,当爆炸应力波经过自由面时所产生反射拉伸波导致该处裂缝产生;复合锚冈结构洞室拱顶垂直向振动加速度峰值比单一锚固结构洞室的约约小23．7％;单一锚固结构洞室比复合锚固结构洞室更容易出现结构性的冲切破坏和拉伸剥落破坏。     

土中爆炸作用的数值分析

采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对集团药包的土中爆炸作用进行了数值模拟,研究了爆炸作用下土介质的动力响应、爆腔的形成和发展规律及土中爆炸波的传播规律。结果表明:炸药爆炸后在土中留下一个充满爆炸气体的空腔(爆腔),爆腔半径约为炸药原半径的7倍,当爆炸波波阵面到达测定单元时,压力瞬间达到峰值,然后随着时间的增长逐渐降低,趋于平缓,且随着折合距离的增大,峰值压力不断减小;数值模拟的结果与理论计算结果吻合较好。     

石灰岩中爆炸成坑和地冲击传播规律的试验研究

简介了本课题研究的国内外现状，介绍了试验背景和试验方案，给出了石灰岩中爆炸成坑结果以及应力和加速度的实测波形，并对测试结果进行了分析，得到了石灰岩中爆炸成坑经验公式以及地冲击传播规律，结果给出现场石灰岩中应力波的传播速度大约为3500m/s。     

爆炸荷载作用下洞室变形与锚杆受力分析

应用模型试验与数值计算相结合的方法,对爆炸荷载作用下锚杆根部加强加固洞室围岩的变形特征及锚杆受力性能进行了研究。结果表明,在顶爆条件下,拱顶部位岩体产生的变形要大于其它部位岩体,是加固的重点地方;在锚杆端部附近,锚杆受力以受拉为主,在根部附近,以受压为主。在拱顶爆炸荷载作用下,围岩变形特性决定了拱部锚杆的受力要大于侧墙部位锚杆的受力,这两个部位的锚杆压应变峰值和拉应变峰值均不是产生在锚杆两端的截面上,而是产生在杆体中间部位。