地面爆炸下软硬不均地层超大直径盾构隧道动力响应分析

近年来港口危化品堆场爆炸灾害频出,盾构隧道面临着潜在的地面爆炸荷载威胁。采用多物质任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合建模方法,考虑到螺栓、钢筋、混凝土管片等多种结构复杂的非线性行为,建立了地面爆炸荷载下超大直径盾构隧道精细化模型,通过对炸药当量、埋深、爆源偏心距进行参数分析,研究了地面爆炸荷载对所处上软下硬地层隧道结构的动力响应和损伤过程,并对管片接缝处的变形模式及螺栓的塑性发展进行了分析。结果表明:在地面爆炸荷载下盾构隧道损伤由顶部向两肩发展,纵向接缝形成错动,环向接缝开合交替;区别于整体结构,超大直径盾构隧道在地面爆炸荷载冲击下应着重加强隧道两肩和接缝处的防护。

地面爆炸作用下地下综合管廊动力响应的实验研究

为研究地下综合管廊结构的抗外部爆炸性能,针对整体现浇管廊和预制节段拼装管廊结构在地面爆炸作用下的动力响应特性和破坏模式开展了野外爆炸实验研究。通过11个工况的野外爆炸实验,观测了现浇管廊和预制节段拼装管廊在不同比例距离爆炸工况下的破坏特征和动力响应,对比分析了现浇管廊和预制节段拼装管廊的抗爆性能。结果表明:在地面爆炸作用下,现浇管廊和预制节段拼装管廊的顶板最终均出现弯剪破坏,整体现浇管廊的抗爆性能总体上优于预制节段拼装管廊。起爆位置对预制节段拼装管廊爆炸响应的影响较大,在节段中心上方起爆时结构损伤最严重。在小比例距离地面爆炸作用下,现浇管廊的损伤区域大于预制节段拼装管廊,预制节段拼装管廊的损伤集中在近爆心下方所在的节段或连接接缝处,节段间可产生较大残余滑移。

某多孔弹性场地地面爆炸声传播特性和当量反演分析

准确预测地面爆炸威力对生产生活安全和武器性能测试具有重要意义.为获取雪和半灌木混合覆盖地表场地的地面爆炸声传播特性,解决该场地地面爆炸当量反演问题,在实测数据基础上分析了该场地的声传播特性,之后采用有限边界阻抗声传播理论和四参量阻抗模型建立该场地声传播模型并进行讨论.最后,基于以上声传播模型,建立了多孔场地地面爆炸当量估计的折合声冲量法(简称多孔场地折合声冲量法)和以多孔场地折合声冲量法为声学模型的声震分析方法,对该多孔场地地面爆炸当量进行了反演和分析.结果表明,雪和半灌木覆盖地表场地的地面爆炸声信号能量集中在低频(20 Hz以内),受到多孔地表和空气吸收影响,超压幅值随距离增加快速衰减,其衰减系数1.25明显大于球面波几何扩展系数1.基于有限边界阻抗波传播理论和四参量阻抗模型建立的声传播模型可以准确描述该多孔场地波传播特性,其预测波形和实测波形基本重合.基于以上声传播模型建立的多孔场地折合声冲量法,通过考虑声震能量分配过程可以获得较高的当量反演精度,当量相对误差不超过7%.而采用折合声冲量法并联合地震波数据进行声震分析,可以准确获取多孔弹性地面附近未知爆炸事件的当量和爆高,当量和爆高相对误差分别不超过7%和19%.

炸药地面爆炸条件下土中浅埋结构上荷载的作用特点

为了研究炸药地面爆炸条件下土中压缩波的波系分布,确定作用在土中结构上的地冲击荷载特点,以典型的土中浅埋结构为例,采用数值模方法,应用LS-DYNA有限元分析软件并结合阿列克辛柯试验现象,对炸药地面爆炸作用下浅地表波场的分布以及作用到土中结构上的荷载进行数值模拟和分析。研究结果表明,典型土中浅埋结构的顶板主要承受空气冲击波引起的间接地冲击荷载的作用,外墙主要承受直接地冲击荷载的作用。

地面爆炸荷载作用下土埋管道的动力响应研究

基于动力有限元程序LS-DYNA及Euler-Lagrange耦合方法,分别以75 g柱状和200 g块状TNT炸药为爆源,对管道在爆炸载荷作用下的非线性动态响应过程进行三维数值模拟,描述了管道在不同埋深和壁厚的动力响应,并与实验结果进行了对比。研究结果为人防工程油气管道的抗爆能力分析和安全性评估提供了重要的参考依据。

地面爆炸条件下框架底层柱的破坏公式推导及数值模拟分析

由于常规武器地面爆炸时在地面附近形成了较为复杂的爆炸冲击波，该冲击波对附近军事目标的破坏非常严重。为便于对地面军事工程结构进行防护研究，有必要对军事工程结构的破坏距离进行预测和评估。在前人研究的基础上采用理论分析和数值模拟方法研究了常规武器地面爆炸条件下对框架底层柱的破坏作用。从理论上推导框架底层柱在遭受地面爆炸冲击荷载时的破坏程度预测公式，同时建立了炸药、空气、土壤和结构于一体的全耦合数值模型对推导公式进行了验证。结果表明理论推导和数值模拟计算结果较为一致，该公式可以为地面军事工程结构防常规武器打击提供一些建议和参考。

土质场地地面爆炸当量预测方法

利用某土质场地化爆实验的声震数据,考虑地面反射和地介质耦合作用,对以经验和半经验声学模型为基础的地面爆炸当量预测方法进行了讨论。结合地震波模型,采用声震分析方法分析了地面爆炸当量的预测精度。结果表明:地介质耦合作用对声学方法的地面爆炸当量预测精度影响较大;若不考虑地介质耦合作用,土质场地的当量预测结果明显小于真实值。联合地震波数据增加额外约束进行反演,可以减小当量-爆高(埋深)折中关系,获得较高的当量估计精度。对比多种分析模型发现,采用IPM(improved parametric models)声学模型和近地面声学模型进行声震分析获得的当量预测精度最高。

远距离近地面爆炸空气冲击波计算的网格尺寸优化与验证

建筑结构上爆炸荷载的确定是进行结构动态响应和损伤破坏分析以及结构抗爆设计和加固的前提。考虑到空气爆炸冲击波远距离传播数值模拟计算效率和精度以及软硬件能力的平衡问题,通过确定和优化网格尺寸,从而为大型复杂街区爆炸冲击波荷载的数值模拟网格尺寸选取提供合理建议。针对汽车炸弹和弹药库等典型近地面爆炸场景,首先,使用AUTODYN软件分别开展比例距离为0.2~5.0 m/kg^(1/3)和0.2~39.0 m/kg^(1/3)的空中爆炸自由场和地面爆炸入射场超压和冲量的单一尺寸网格敏感性分析,并考虑软硬件对单元网格数量的限制,给出依赖比例距离的渐变网格尺寸建议。其次,基于映射算法和建议的渐变尺寸网格对地面爆炸入射场超压和冲量进行数值模拟,提出了比例距离大于10.0 m/kg^(1/3)的峰值超压误差修正方法,并得到UFC 3-340-02规范的验证。最后,基于足尺房屋爆炸荷载分布试验共71个测点的超压和冲量时程数据,对提出的优化网格尺寸的计算精度和效率进行了验证。

地面爆炸地震波的演化及频率特征

对地面爆炸所诱发的地震波进行试验测试,并依据测试结果对其时空演化和频率特征进行了分析。地面爆炸地震波R波前沿陡峭,具有冲击特征。随着距离的增大,质点振动时间逐渐拉长,P、S波逐渐明显且高频分量逐渐增加。P、R波的初振方向在一定距离上发生翻转,原因可能为震源临近区域初振方向由震源函数决定,而远离震源处初振方向由震源函数对时间的导数决定。由于地表有疏松覆盖层,P、S及R波均发生频散现象。频域分析表明,地面爆炸地震波的优势频率带均在5~30 Hz,高于天然地震波。随着距离的增大,某些优势频率成分衰减很快,导致优势频率带发生分裂。

地面爆炸冲击波的相互作用

为了研究多点同步地面爆炸冲击波的相互作用,通过改变装药质量组合和布局,利用空中爆炸测量系统对2点和3点地面同步爆炸进行了试验研究,并利用冲击波与刚性壁面碰撞理论计算了2个冲击波相互作用的冲击波压力和冲量。结果表明:多个装药同步爆炸时,冲击波超压和冲量都显著增加,大大提高了装药爆炸威力。装药总质量相同时,炸药的组合数量越多,冲击波超压和冲量越高,不同布局的装药,冲击波超压和冲量的增加量也不同。冲击波与刚壁的碰撞模型可以用来近似计算2个同等强度冲击波的相互作用。

地面和埋置爆炸土中地冲击作用分区数值模拟及试验研究

为研究爆炸条件下土中应力波的时空分布,基于黄土中接触爆炸和半埋爆炸试验,验证了ANSYS/AUTODYN软件建立的计算模型,并在此基础上开展了土中爆炸地冲击效应研究。结果表明:随着土介质深度的增加,感生地冲击峰值减小,而直接地冲击峰值增大,最终,压力和竖向应力时程曲线中的2个峰值减少为1个峰值,据此特征可将土中应力波场分为3个区域,即地表区、近地表区和中心区;当装药比例埋深为−0.05~0.075 m/kg^(1/3)时,随着装药比例埋深的增大,中心区迅速扩大,地表区迅速缩小,近地表区逐渐扩大;当装药比例埋深为0.1~0.4 m/kg^(1/3)时,地冲击作用区的分布趋于稳定;爆炸耦合进入空气和土介质中的动能受炸药类型影响,但在一定范围内,地冲击作用区角度与地面空气冲击波超压冲量和直接地冲击应力冲量之比呈线性相关关系。

炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的实用计算方法

为了分析炸药地面接触爆炸下空气冲击波引起的感生地冲击,利用数值模拟结果以及试验数据,对根据一维平面波理论和特征线解法得到的空气冲击波为突加三角形荷载的感生地冲击的理论计算公式进行修正,提出了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的实用计算方法,分析了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的传播规律以及本文建立的实用计算公式的特点。与试验数据以及数值模拟结果对比表明,提出的计算方法基本反映了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的传播特性。

钙质砂介质中爆炸波传播规律的试验研究

开展了一系列钙质砂和石英砂的地面爆炸试验,主要对比分析了两种砂土介质中爆炸波的传播规律,包括峰值压力、弹塑性波速及升压时间、爆坑尺寸等。试验结果表明,爆炸波在钙质砂中的传播与在石英砂中存在较大差异:地面爆炸作用下钙质砂爆坑较石英砂爆坑的直径和深度更小,且成坑形状为两阶同心圆;钙质砂中弹性波速为236~300 m/s,石英砂中弹性波速为218~337 m/s,弹性波速和塑性波速均随炸药质量增加而增大;爆炸波在钙质砂中的升压时间随比例距离的增加而增加,而在石英砂中升压时间随比例距离变化不明显,且较钙质砂中升压更迅速;在地面爆炸作用下,低含水率钙质砂的衰减系数为2.86,石英砂为2.79。

某市小型民用爆炸物品地面储存库安全现状调查

主要依据国家关于民用爆炸物品地面储存库的有关法律法规、标准规范,对某市辖区内的47家小型民用爆炸物品地面储存库的安全现状进行了调查分析。通过调查发现当地小型民用爆炸物品地面储存库主要存在内外部安全距离不足,建筑结构不合格,防雷设施不合格,雷管库的保险柜未作防静电接地,民用爆炸物品未按规定安全摆放,安全管理不到位等6个方面的问题。对发现的问题,简要分析了原因,并提出了针对性的措施和建议,为某市民用爆炸物品地面储存库安全管理的标准化和规范化提供参考。

某小型民用爆炸物品地面库的总图设计实践

民用爆炸物品储存仓库大多为地面库,本文以某小型地面库的设计为例,详细介绍了总图设计中考虑的设计要点,在库址选择和总图设计中要充分利用地形条件,因地制宜,科学选址,既要确保库区内外安全,又要降低成本,为类似地面库的总图设计提供参考。

某小型民用爆炸物品地面库的设计实践

民用爆炸物品储存仓库设计大多为地面库,本文以某小型地面库的设计为例,从总图设计到建筑、电气、防雷等设计方面,详细介绍了设计要点和设计步骤,为类似地面库的设计提供了参考。

民用爆炸物品地面储存库对尾矿库安全性影响的研究

从爆炸震动、爆炸冲击波和爆炸飞石的最小安全允许距离,得出民用爆炸物品地面储存库对尾矿库的最小安全允许距离。若民用爆炸物品地面储存库和尾矿库之间的实际距离大于民用爆炸物品地面储存库对尾矿库最小安全允许距离,则民用爆炸物品地面储存库对尾矿库存在的安全风险可以接受。通过实例计算,证实了该方法是一种针对性、可操作性、实用性较强的评价方法。

民用爆炸物品地面库建筑结构的安全设计

以民用爆炸物品储存仓库为地面库的建筑结构设计为例,从安全角度出収,结合现场实际,详细介绍了从选址到库房各分部工程的设计要点,为类似地面库的建筑结构设计提供参考。

地面核爆炸SREMP后期准静态过程的工程分析

本文导出了地面核爆炸源区电磁脉冲(SREMP)后期准静态过程中电、磁场量的近似解析式,为设防工程抗地面核爆炸SREMP防护设计计算提供了工程理论依据。