浅埋爆炸下爆坑和冲击波特性研究进展

为了研究浅埋条件下装药爆炸产生的爆坑和冲击波,通过国内外文献调研,从爆坑形成过程、爆炸冲击波传播特性、多参量(土体性质、装药埋深及装药自身属性)对爆坑和爆炸冲击波特性的影响进行分析总结。概述了可预估爆坑参数的经验公式以及可表征爆炸冲击波传播特性的经验模型,根据爆坑和爆炸冲击波的研究不足提出了相应的研究建议,并在此基础上展望了该领域发展趋势,为深入研究浅埋条件下装药爆炸威力、摸清弹药浅埋爆炸的威力底数提供借鉴,研究结果可为其他研究者提供参考。

混凝土中的爆坑实验研究

利用爆炸相似理论讨论了固体介质中的相同装药量在不同埋深爆炸情况时的爆坑、炸深与埋深的关系,将传统理论的1/3比例因子修正为1/3.4或1/3.6比例因子。据此设计了混凝土中的炸坑效应缩比实验,并利用某原型实验进行了验证。将实验结果与修正后的比例因子计算值进行了对比,符合较好,其精度可用于工程设计计算。

爆炸荷载作用下土中爆坑形成的数值模拟

利用爆破产生能量可进行软基处理,但不同药量、不同药包埋设深度下爆坑形态和土体属性变化会存在差异。采用基于欧拉法的爆炸流体动力学数值模拟技术对土中爆破问题进行了分析,结果表明,最终爆坑形态与已有试验成果具有较好一致性;爆坑直径与药量和埋药深度存在一定的非线性关系;爆炸荷载在近域传播与冲击波类似,随着远离药包中心,则表现为应力波特征;随埋药深度增加,爆破挤密效果明显,但浅层爆破对土体挤密效果有限。

水下爆炸覆盖薄砂层淤泥地基上爆坑形成规律的研究

通过在覆盖薄砂层淤泥地基上进行水下触地、悬挂药包爆炸现场试验和水下淤泥表面触地爆炸室内试验研究，给出了爆后地基上形成爆坑形状、大小随药量和药包位置变化的规律。提出了爆坑直径随药量和水深变化的计算公式，引入了临界埋深的概念，说明了药包埋深小于该值时，爆炸效果有明显的减弱，所给出计算爆坑直径和临界埋深的公式，对水下爆炸工程设计提供了依据。

淤泥的爆坑与表面条形药包装药处理软基的实验研究

提出用泥面爆炸填石排淤方法代替常用的泥下爆炸填石排淤。用模型实验研究了药量、水深和药包埋深之间的相互关系，给出了泥面爆炸的药量公式，揭示了覆盖水深和药包埋深与爆坑形状的关系。在此基础上可以进行爆炸处理软基的优化设计。

爆坑尺寸的计算与试验研究

为了研究爆坑尺寸与爆炸位置和爆炸当量的函数关系,归纳了国内外炸药近地面爆炸成坑效应研究情况,分析了爆炸形成的爆坑尺寸计算公式和适用条件,并将野外爆炸试验的数据与计算公式及相关文献给出的试验结果进行对比,分析了结果偏差所产生的原因。结果表明:爆坑尺寸计算公式需考虑爆炸高度的影响,还应结合一定次数的场地试验来得到不同场地上爆炸成坑尺寸与爆炸当量和爆炸高度的函数关系,并且考虑炸药种类;同时爆坑试验结果离散性大,爆坑尺寸计算公式应采用上下限的形式。

条形药包泥面爆炸爆坑发展过程的X光摄影研究

用Ｘ光摄影技术研究了导爆索在泥面爆炸时爆坑的发展过程，得到的各瞬时爆坑轮廓线可用椭圆方程描述。瞬时最大爆坑深度约为７０～８０倍药芯半径，瞬时最大爆坑宽度约为２００倍药芯半径。爆坑深度随时间成对数关系增长，未见临空面对其有明显影响。临空面对爆坑的影响出现在爆坑宽度为６０～８０倍药芯半径之后，爆坑有回缩现象。

基于SPH-FEM方法的土中浅埋爆炸成坑效应研究

通过设计开展静爆实验,对土中浅埋爆炸成坑效应及影响因素进行研究。基于所获取的静爆试验数据,建立SPH-FEM数值模型,对土中浅埋爆炸过程及爆坑参数进行分析,验证SPH-FEM方法模拟土中浅埋爆炸的有效性。进一步通过数值计算对比,讨论了SPH-FEM方法与ALE方法在土中爆炸数值模拟过程中的异同、爆坑半径与炸药埋设深度的关系以及炸药量与爆坑体积的关系,并通过数学拟合得到了9.35 kg TNT条件下,炸药埋设深度与爆坑半径的经验曲线公式。研究表明:SPH-FEM方法较ALE方法模拟土中浅埋爆炸更加精细且计算效率更高。所建立的炸药埋设深度与爆坑半径的经验曲线公式可以有效预测浅埋爆炸的爆坑半径,且随着炸药埋设深度的增加,爆坑半径将先随之增大到峰值,之后爆坑半径将会随炸药埋设深度的增加而迅速减小。

低含水率砂土和饱和砂土场地爆炸成坑特性实验

爆坑是土中爆炸荷载作用下的主要响应形式,基于大型爆炸实验场地,开展了一系列低含水率砂土和饱和砂土中的爆炸成坑现场实验,研究了药量、埋深及含水率等因素对土中爆坑效应的影响。研究结果显示:根据药包的比例埋深,低含水率砂土场地的最终爆坑形态可以分为隐爆、塌陷型漏斗坑和抛掷型爆坑3类,发生封闭爆炸的临界比例埋深为2.3m/kg1/3;形成抛掷型爆坑的条件为比例埋深小于1.5 m/kg1/3;当比例埋深为1.5~2.3m/kg1/3时,形成塌陷型漏斗坑。土中孔隙水压力的增大导致坑壁周围土体发生了液化流动、坍塌,最终造成爆坑横向尺寸的扩大。相同爆源条件下,饱和砂土场地形成的坑面直径比低含水率砂土场地提高了25%~35%,饱和砂土场地发生封闭爆炸的极限比例埋深可达2.5m/kg1/3。

导弹发射井在爆坑影响下的极限抗压指标

本文根据核爆炸的冲击波、地冲击及弹坑三大效应计算理论，分析了大型号洲际弹道导弹地下发射井的极限抗压指标，该指标在判析外军类似战略目标防护水平及合理确定二炮阵地抗核加固战术技术要求上具有重要参考意义。

近地面爆源爆炸成坑效应的数值模拟研究

为研究爆炸案件中近地面爆源的爆炸成坑过程及爆坑形成影响因素,得到近地面爆源爆炸痕迹反演规律,利用非线性动力学软件AUTODYN对土壤地面在爆炸载荷作用下的动态响应进行了数值模拟研究,得到了土壤表面爆坑的形成过程及药量、炸高等影响因素对爆坑参数的影响规律。计算结果表明,爆坑形成的最初阶段,爆坑深度扩张速率最大,并随时间推移逐渐减缓,最终趋于稳定;当炸高确定时,爆坑深度随药量增大而增大,且爆坑深度与药量的立方根之间呈线性关系;当药量确定时,爆坑深度随炸高增大而减小,且爆坑深度与炸高呈线性关系;相对爆坑深度与相对炸高之间具有线性关系。

某金矿爆炸事故中爆源参数反演计算

无论暴恐事件、爆炸安全事故,爆源相关参数如爆炸当量,始终是爆炸后事故调查的重要内容。爆炸荷载作用下介质的特征痕迹提取与研究是爆炸事故追根溯源与爆源参数获取的重要依据。本文介绍了爆炸特征痕迹(如爆坑、周围建筑物破坏情况、人员损伤程度等)的典型研究进展。对于药包的近地面爆炸、地表裸露爆炸与具有一定埋深的爆炸,其爆炸后形成的爆坑形状与尺寸存在较大差别。相关学者深入探讨了爆坑尺寸与爆炸当量、炸药高度等的关系。2021年,国内某金矿发生井下炸药爆炸事故,系井口焊渣掉落,引燃井下可燃物及相关爆破器材所致。以爆炸事故现场形成的三个爆坑痕迹为切入点,基于爆坑尺寸参数,经反演计算得到其TNT当量分别为654.17 kg、232.49 kg、193.83 kg。根据反演得到的爆炸TNT当量,计算获得竖井井壁质点振动速度为40 cm/s,井壁冲击波超压为2129 Pa。通过比对爆炸后罐笼、井壁外观损伤形貌,计算结果与罐笼、井壁损伤程度具有一致性。该研究方法对类似爆炸事故的溯源追踪具有一定参考价值。

西南地区硬岩隧道岩爆处治技术及应用

隧道岩爆是硬岩隧道地质问题之一,岩爆处治是否成功,直接关系到隧道施工安全及施工质量,岩爆特征也因地区而异,为此,依托西南地区隧道施工,对隧道岩爆处治技术进行研究,分析总结了隧道施工阶段岩爆典型特征,针对岩爆实际发生的部位、频率、爆坑深度及范围,采取了一系列对应的处治措施,经施工实际检验,处治措施合理、有效、针对性强,保障了施工人员及施工机械设备的安全,实现了施工安全、质量及施工进度的全面控制,颇具推广价值。

基于SPH-FEM耦合法的土体爆炸效应数值研究

岩土体爆炸破坏问题是岩土工程领域的研究热点,为开展小当量集团装药在不同埋置深度时的土中爆炸效应分析研究,在LS-DYNA框架内建立基于光滑粒子流体动力学-有限元耦合方法(SPH-FEM)的砂土地基爆炸效应分析模型。计算结果表明:浅埋装药时最大爆坑深度到达时刻远在最大爆坑直径之前,地基表层砂土体剪切流场对爆坑直径的发展具有决定性作用;随着药包埋置深度的增加存在一个临界爆坑直径,爆坑直径近似认为只与药包当量和埋置深度相关,经简化与经验假定之后得到的爆坑直径与埋药深度之比与比例距离近似呈直线关系;砂土中爆炸波在近区表现为强间断的冲击波形式,压缩作用是造成近区砂土大变形流动的主要因素,而在爆炸远区则转变为连续的应力波形式;土中爆炸波峰值压力随比例爆距的衰减规律与经验曲线基本一致。研究结果可以为地基工程的抗爆设计及加固提供参考。

不同厚度壳体装药在混凝土中爆炸的实验研究

为研究装药壳体厚度对混凝土毁伤效果的影响,设计了不同厚度壳体装药和无边界效应的混凝土靶板,并进行了实验.实验结果表明,在壳体厚度较小时,爆坑体积比裸装药炸药时的爆坑体积大;当壳体厚度增大时,爆坑体积呈下降趋势.随着壳体厚度的增加,壳体破碎性下降.通过空气冲击波超压测试,并结合经验公式计算了形成空气冲击波的能量占炸药爆炸总能量的比例.

大长径比带壳装药爆炸毁伤混凝土试验

为研究大长径比带壳装药毁伤混凝土规律,基于量纲分析进行了试验设计。试验结果表明:随着埋置深度由小到大变化,爆坑体积先增大后减小,在某一埋深处爆坑体积取得最大值,此时的埋置深度可以称之为最佳埋置深度;对于侵彻战斗部,亦有最佳侵彻深度,使得毁伤效果最佳。由试验数据拟合得到了爆坑体积和埋置深度的工程化表达式,一定程度上定量地反映了带壳装药埋置深度对毁伤效果的影响规律,为进一步理论分析奠定了基础;装药壳体的存在一方面使得爆炸存在爆轰反射、聚集、增强的作用,进而增大了爆炸破坏效应,另一方面,壳体的破碎及飞散消耗了一部分炸药能量,又使得毁伤威力减弱;壳体对于最终毁伤效果的影响,视两方面的比较结果而定。

带壳装药壳体厚度对混凝土爆破毁伤效果的影响

根据混凝土中爆炸冲击波初始压力经验公式和C-J爆轰理论,用AUTODYN软件对带壳装药在混凝土中爆炸进行数值模拟,计算了不同壳厚下爆炸冲击波的初始压力值,得到带壳装药混凝土中爆炸冲击波初始压力的拟合公式,分析了冲击波初始压力随壳体厚度与装药半径比的变化规律。另外,从爆炸能量和爆炸冲击波的比冲量两个角度分别研究了壳体厚度对混凝土毁伤效果的影响。结果表明:当壳厚为0.5～2 mm时,爆坑体积较裸装药时增大,毁伤效果也较好;但当壳厚大于2 mm时,爆坑体积逐渐变小,毁伤效果也将变差。

粘土中的控制爆破

本文介绍了粘土中的爆破作用原理，爆坑形状与装药结构及最小抵抗线的关系，并通过实例说明粘土中爆破参数的选择方法。

直列装药土中爆炸外部效应的研究

：本文利用高速摄影的方法对直列装药土中爆炸介质表面鼓包运动规律进行了研究，同时对爆坑特性也进行了探讨。

水深以及装药量两种因素对水下聚能爆破爆破效果的影响研究

为研究水下聚能爆破时水深和炸药量对爆破效果产生的爆坑和直径的影响,采用现场试验的方法选取两种不同的装药量在三种不同水深的情况下爆破时产生的爆坑深度和直径大小,试验表明:随着装药量的增加,爆破产生的爆坑的深度和直径也同样增加;在相同装药量不同水深的情况下,随着水深的增加爆破产生的爆坑的直径和深度也同样增加,并且水深对深度和直径的影响也逐渐加剧.本次试验结论可以对将来的现场生产设计具有一定的指导作用.