基于遥感影像的大当量爆炸建筑物毁伤评估模型

为了研究大当量爆炸建筑物毁伤评估问题,基于遥感影像解译和大数据分析构建了大当量爆炸建筑物毁伤评估模型。首先,基于大当量爆炸的具体历史案例构建了毁伤数据集,具体指基于遥感影像提取建筑物毁伤信息,辅助大数据信息补充毁伤细节,利用地理信息系统空间分析数字化毁伤信息,构成毁伤数据集。然后,基于毁伤数据集中的训练样本修正经验模型参数,构建了适用于大当量爆炸的针对不同类型建筑物的毁伤评估模型,并基于毁伤数据集中的验证样本测试了模型性能。实验证明:所构建模型拟合优度高于96%,检验样本准确度高于84%,整体误差在可接受范围内。所构建模型在一定精度要求下可为大当量爆炸事故评估提供参考。

大当量爆炸作用下预制节段拼装双层钢管混凝土墩柱的失效模式

为提升装配式公路桥梁的抗爆防护能力,提出将双层钢管混凝土柱应用于桥梁下部结构的预制节段拼装墩柱体系。对预制节段拼装双层钢管混凝土墩柱(precast segmental concrete-filled double-skin steel tube,PS-CFDST)进行了大当量野外爆炸试验,并基于LS-DYNA软件建立了精细化有限元模型,对PS-CFDST柱在爆炸荷载作用下的动力响应和破坏过程进行了数值模拟。结果表明:大当量地面爆炸作用下,PS-CFDST柱的破坏模式表现为后张预应力筋断裂引起的墩柱整体失效,地面爆炸作用下墩柱在墩身底部接缝有较大的剪切滑移,核心混凝土的损伤主要出现在接缝处和预应力筋挤压处;预应力筋的建模方式对预制节段拼装墩柱的动力响应具有显著影响;增大轴向荷载可以减小预制节段拼装墩柱的侧向变形和墩底剪切滑移,有利于提高墩柱的抗爆性能。

大当量爆炸场破片速度测试系统中声光触发设计

针对大当量爆炸场试验中采用通断靶触发引起的操作繁琐、安全性差的问题,在对静爆试验中声、光信号的特征进行研究的基础上,设计了声光触发系统,为测试系统提供稳定、可靠的触发信号。声触发需要结合系统布设参数来设置相关的采集参数,以确保采集数据的完整性;对于光触发系统,由于有用信号的光谱与日光光谱部分重叠,造成二者无法完全分离,所以设计信号预处理装置及合理布设对整个系统的可靠性起到至关重要的作用。试验结果表明:TNT当量≥2kg时,声光触发系统布设在距爆心20m处,均可为测试系统提供稳定、可靠的触发信号。

大当量爆炸地冲击毁伤效应的理论与试验研究Ⅲ:深埋洞室地冲击效应模拟试验研究

为厘清开挖扰动和大当量爆炸地冲击扰动对深埋洞室破坏的影响机制,采用自主研制的深埋洞室地冲击效应模拟试验系统,开展从地应力加载、洞室开挖到地冲击扰动加载全过程的相似模型试验。试验模拟了600 m埋深洞室开挖过程,以及封闭爆炸当量90 kt、比例爆距为133 m/kt^(1/3)时的地冲击扰动诱发工程破坏现象。试验成功模拟了颗粒弹射、板裂和块体激活等现象。得到冲击扰动作用下洞周应力、应变和位移的变化规律以及深部洞室的破坏机制。证实了比例爆距为133 m/kt^(1/3)时,洞室处于轻微破坏区。此外,通过开展重复地冲击扰动下的洞室稳定性研究,成功模拟岩爆、板裂、掌子面坍塌等工程灾害,得到重复地冲击扰动下洞室的破坏机制。试验的成功开展,为大当量地下爆炸作用下深埋洞室防护和安全范围确定奠定了重要的基础。

大当量爆炸地冲击毁伤效应的理论与试验研究Ⅱ:深埋洞室地冲击效应模拟试验系统研制

相似模拟试验是解决大当量爆炸下深埋洞室工程安全问题的重要研究手段,但长期以来受相关技术手段、设备限制,相关研究一直难以有效开展。本文采用自主研制与必要借鉴相结合的研发方式,解决了高地应力柔性均布长时加载、地冲击波形精细调控以及高地应力叠加地冲击静动组合加载等关键技术问题,研制了深埋洞室地冲击效应真三维模拟试验系统。在1∶50~1∶100几何及相应物理相似下,装置可实现高地应力加载、开挖扰动过程和爆炸地冲击效应的模拟,解决了原型试验受限,模拟手段匮乏的技术难题。采用该试验系统,对深部巷道在动静载组合作用下的响应机制进行研究,结果显示按均质岩体极限应力设计的工程安全埋深边界外,地冲击扰动可激活深埋岩体中构造岩块运动,造成工程局部严重破坏。测试结果表明,该装置运行稳定可靠,可真实再现冲击扰动下深埋洞室的毁伤过程,为深埋洞室抗大当量武器打击的安全防护研究提供了可靠的基础平台。

大当量爆炸地冲击毁伤效应的理论与试验研究Ⅰ:深埋洞室地冲击破坏的现场实测分析

为厘清地冲击扰动作用下的深埋洞室破坏机制,建立地冲击毁伤的判别准则,系统总结、分析国内外大当量地下爆炸试验及爆破中的深埋洞室破坏现象及规律。按照距爆心的距离,将爆炸破坏分为地冲击破坏和诱发工程性地震破坏2种。采用经验估计和应力判别2种方法,计算并对比地冲击破坏各分区的边界范围和破坏特征。通过系统总结、分析现有研究,提出岩体的含能特征和构造特征是诱发工程性地震破坏产生的原因。进而从块系介质变形的本质入手,梳理爆炸条件下块系介质变形的基本概念和力学模型,分析比例爆距和激活块体尺度的关系。而后综合现有研究,提出以能量因子为参量的破坏效应分析方法,得到不同爆炸当量下位移的边界范围,并以能量因子为指标参数,实现了从近区到远区、从封闭爆炸到触地爆炸的各破坏区变形的统一表征,为大当量地下爆炸条件下安全范围确定及相关工程防护技术建立奠定了理论基础。

大当量浅埋地下爆炸抛掷成坑效应的缩比模拟实验装置

针对当前地下爆炸物理模型实验无法模拟大当量地下爆炸抛掷弹坑和疏松鼓包现象的难题,基于相似理论,采用地下爆炸效应真空室模型实验方法,研制了考虑重力影响的大当量地下爆炸效应模拟实验装置。整套装置由容器罐体、快开门密闭机构、爆源系统、真空泵组、量测控制系统等组成,提出的新型爆源模拟装置可以实现精确起爆控制。该装置可模拟0.1~100 kt TNT、埋深20~400 m范围内不同比尺的地下核爆炸成坑和隆起实验,同时也能够模拟不同装药配置方案、不同地质条件下的大当量地下浅埋化爆抛掷实验。典型的核爆抛掷成坑模型实验结果表明,装置实验参数精确可调,实验过程可控,实验结果可信,为钻地核武器地下爆炸毁伤效应分析和大型工程爆破效果预测预报提供了实验室模拟和科学研究设备,填补了爆炸离心机无法模拟大当量地下爆炸抛掷成坑效应的空白。

不同地区人工爆炸与天然地震记录特征及识别研究

本文分析了河北怀来多次爆炸、河北三河采石场多次爆炸和低震级天然地震事件的记录特征和时频差异。结果显示:河北怀来爆炸的P波能量强、衰减快、S波发育弱;河北三河采石场爆炸的P波、S波主频均低于怀来爆炸,S波与面波混淆,不同震中距的台站记录低频发育明显;而天然地震的有效频带更宽,频率成分更为复杂。将Pg/Sg谱比判据应用于小震级地震与爆炸的识别中,探索交叉频带谱比对不同地区爆炸的识别。结果表明:高频(>5 Hz)Pg/Sg谱比判据可将研究数据中的爆炸与小震级地震完全区分;与Sg低频(0—2 Hz)有关的交叉频带谱比可对两个不同地区的爆炸进行识别,交叉频带的谱比判据较传统的单一频带谱比判据能够更好地反映出不同类型事件的特征差异。

二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源的研制

针对当前大当量地下爆炸真空室模拟试验中爆源起爆方式高度依赖火药制品等问题,基于地下爆炸相似理论和二级气炮原理,自主研制了二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源装置。装置利用二级高压气体驱动弹珠同步击碎玻璃球壳,释放球内高压气体,以模拟真实爆炸气体生成物的推出。整套爆源装置的发射参数:高压气室充气压力4 MPa,玻璃球壳内残余稳态气体压力约为3 kPa,能够用于0~20 kt当量地下爆炸成坑效应的真空室模拟。爆源适用性试验验证表明,该爆源装置的爆破机制和爆破效果满足大当量地下抛掷爆炸真空室模拟试验的功能需求,且具有较高的安全性、可控性和可操作性,为开展相关模拟试验提供了新的技术方法。