冲击波在水土交界面透射和反射压力的计算

冲击波在水土交界面的透射、反射压力计算尚缺乏可靠的计算理论,利用质量守恒方程、动量守恒方程以及水、土的状态方程,分别推导得到冲击波在水、土介质中传播的Hugoniot关系以及p-u曲线,进而从理论上解析得到冲击波在水土交界面处的透射和反射压力。分别建立了水中自由场、水-土分层介质场的二维数值计算模型,其中水、土参数与理论推导时采用的三相介质饱和土计算模型中的参数保持一致。计算结果表明,水土交界面透射、反射压力的理论解与数值解具有高度的一致性。采用80 g TNT炸药,距离水土交界面0.1~0.9 m(比例爆距为0.232~2.089 m/kg1/3)爆炸时,得到的透射、反射压力的理论解与数值解误差均小于7%,根据解析解得出反射压力与水中入射压力之比,反射压力系数在1.6~1.8范围内;距离水土交界面0.5 m时,饱和土的含气量在0~10%范围内变化,得到的透射、反射压力的范围为63.8~70.0 MPa,此时其反射压力系数在1.55~1.70范围内。推导得出的冲击波在水土交界面透射、反射压力的计算方法,物理意义明确、计算精度高,可为开展水下爆炸对水底土中工程结构的毁伤评估提供理论基础。