柱形装药土介质爆炸成坑效应的数值模拟研究

本文指出在爆炸案件中,为便于携带、掩人耳目,犯罪分子采用的炸药包装物常为瓶、罐等柱形物体;土体是爆炸现场的常见介质,土介质爆炸成坑效应的研究对爆炸案的现场重建等技术工作具有重要意义。为了研究柱形装药土介质爆炸成坑效应,通过量纲分析得出了一定条件下炸坑比例直径、炸坑比例深度是柱体比例半径和比例埋深的二元函数,并通过LS-DYNA模拟了不同柱体比例半径、比例埋深的爆炸成坑过程,根据模拟实验数据拟合出了该函数关系,最终得到了爆炸抛掷作用直径、炸坑真实深度与装药半径、炸药埋深之间的关系。

钙质砂场地爆炸成坑实验与数值模拟研究

为了建立钙质砂场地爆炸成坑效应的计算方法,首先在开挖出的钙质砂模型场地开展了不同当量、不同埋深的野外爆炸实验,然后基于有限元与光滑粒子流耦合算法建立了适用于钙质砂爆炸成坑计算的数值模型,并分析了炸药形状和土体参数对爆坑形态的影响,最后建立了适用于钙质砂场地中的爆坑计算公式。结果表明:埋置爆下,钙质砂场地爆坑尺寸大于硅质砂土中的爆坑尺寸;光滑粒子流算法能较好地揭示钙质砂场地中爆坑轮廓的形成机理;炸药形状和土体密实度等参数对于钙质砂爆坑形态具有不同程度的影响,拟合得到的钙质砂场地接触爆和埋置爆抛掷型爆坑尺寸计算公式,可较好地预测不同爆炸当量作用下的爆炸成坑尺寸。

黏土中爆炸成坑地冲击耦合效应实验研究

为获得黏土中爆炸成坑体积与耦合地冲击能量的关系,采用10.5 g TNT厘米级球形炸药球作为爆炸源,在Φ1500 mm×1490 mm分层式爆炸装置中开展了变埋深条件下的爆炸实验,利用3D扫描设备记录不同埋深下弹坑的真实体积,并通过动态土压力传感器测得地冲击传播衰减规律。实验结果表明:随埋深增大,耦合至黏土中的有效地冲击能量急剧增大,装药中心下方的有效弹坑体积与耦合至黏土中的有效地冲击能量基本呈正比关系,当装药比例埋深与封闭爆炸条件下爆炸空腔半径相当时,耦合至黏土中的有效地冲击能量基本达到饱和。结合实验结果给出了黏土中爆炸耦合地冲击能量分配随装药比例埋深的变化规律,建立了地下爆炸等效封闭当量计算方法,为地下工程抗爆设计提供了理论依据。

砂中爆炸成坑的离心模型试验分析方法比较

采用中国水利水电科学研究院450 g-t土工离心机进行干砂中爆炸成坑模拟试验,研究不同药量、不同埋深和不同离心加速度下砂中爆炸成坑规律。对10次模型试验数据采用3种不同的方法进行分析,其中Schmidt公式和Baker公式是通过相似原理推出的量纲一的公式,修正Боресков公式则是在工程中广泛应用的经验公式。3种方法拟合试验数据的相关系数分别为0.931,0.960和0.998,显示了试验数据较高的可信度。为选择合适的离心爆炸模拟试验分析方法,将这3种方法进行比较,结果显示Schmidt公式虽然拟合试验数据精度较低,但公式中各参量易于精确测定,因此最适合定量分析离心爆炸成坑规律。

黏性土爆炸成坑和地冲击传播的离心模型试验研究

以往研究结果表明化爆是一种体积效应引起的热力学现象,根据这一现象可以确定爆炸离心模型试验的能量比尺为1/N3(N为离心机加速度)。采用清华大学50 g.t土工离心机进行黏性土爆炸成坑和地冲击传播规律的离心模型试验,给出试验过程中实测加速度波形,对测试结果进行分析,得出黏性土中爆炸成坑和地冲击传播的一些认识:弹坑形成过程基本不受科氏加速度影响,但弹坑抛出物以及分布形态受科氏加速度影响;弹坑体积大小明显与重力加速度有关,小比尺模拟必须增加重力加速度来模拟。结果证明对于研究爆炸相关问题,土工离心机是一个非常有效的试验工具。

变埋深条件下土中爆炸成坑效应

为了研究在变埋深情况下,炸药在土中爆炸成坑和伴随的应力波传播规律,利用自由场化爆试验和数值模拟相结合的方法,研究了土中装药不同埋设深度爆炸效应问题,描述了爆炸成坑宏观破坏现象,给出了土中压力和实测波形,并对测试结果进行了分析,得到了土中爆炸成坑的经验公式和压力传播规律。在自由场实验和数值模拟的基础上,得到了变埋深条件下应力波在土中传播规律、爆炸成坑半经验公式、半封闭爆炸阶段弹坑半径预估公式。

混凝土结构接缝处接触爆炸成坑效应研究

结构中接缝的存在会降低接缝区域结构的整体刚度和强度,对结构的抗爆性能也有不同程度的影响。为研究试块间接缝条件对试块破坏程度的影响规律,完成了多个拼接混凝土试块的表面接触爆炸试验,初步探讨了炸药在接缝处爆炸时试块破坏的特征。进一步分析试验结果,利用有限元软件对试验结果进行对比,数值模拟结果与试验取得了比较好的一致性。在所选的三个位置中角部接缝位置是混凝土接缝结构发生接触爆炸最不利部位,研究结果表明接缝位置对爆炸的破坏作用有很大影响,且接缝宽度是影响其接缝条件的重要因素,对于盾构衬砌结构,当接缝宽度为2 mm时破坏深度达到最大,约为试件中心接触爆炸破坏深度的1.5倍。

岩石中爆炸成坑的DDA模拟

基于DDA程序,引入JWL状态方程和空腔半径计算公式规范爆炸荷载的计算和加载问题,模拟岩石中爆炸成坑过程,利用该方法进行爆坑模拟案例分析,结果表明:该方法得到的结果与工程实践中观察到的现象吻合,研究思路具有可行性。

岩石中爆炸成坑效应的模型试验方法及对比分析

基于相似理论,推得爆炸成坑相似规律,建立爆破漏斗坑因变量与自变量之间的量纲一化的方程。阐述离心机试验系统和真空室试验系统模拟岩石中爆炸成坑的试验原理,通过参数敏感性分析,揭示2种试验系统各自的特点。离心机模型试验系统中吊篮尺寸与比例埋深、模型装药量成正比;离心加速度与原型装药量、模型装药量成正比;对模型材料、外部气压环境、爆源无特殊要求;因而离心机模型试验系统模拟小当量、浅埋深的爆炸试验具有明显的优势,不能用于模拟大规模的爆炸试验。真空室模型试验方法具有可控性强、无需提供额外加速度和适用范围广的特点,模拟大规模爆炸成坑现象时具有明显的优势;但其物理模型不包括岩石在爆炸作用下的动力破碎过程,不能模拟爆炸空腔形成过程和地冲击效应。

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Con Wep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。

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。