水压爆破

主要内容
1 2 3 4
2014-11-9
概述 设计 施工 实例
武汉科技大学理学院工程力学系 3
拆除爆破 Demolition Blasting
1 概述
在容器状构筑物中注满水，起爆 悬挂在水中一定位置的药包，利 用水作为中间介质，传递爆破压 力，达到破坏构筑物，并使爆破 中产生的振动、飞石和噪音等有 害效应都得到有效控制的施工方 法，称为水压控制爆破。 水压爆破拆除对象：容器类构筑 物、旧楼房和高耸建筑物
气泡脉动现象
重250克的特屈儿在91.5m的深水爆炸，高速摄影机 拍摄到气泡半径随时间的变化关系
2014-11-9 武汉科技大学理学院工程力学系 11
拆除爆破 Demolition Blasting
气泡脉动现象
在脉动过程中，由于水的浮力作用，气泡逐渐上 升。气泡膨胀时，上升缓慢，几乎原地不动，而 气泡受压缩时上升较快。爆炸产物所形成的气泡 一般均接近于球形。如果装药本身非球形，长与 宽之比在1～6范围之内，则离装药25ro的距离处 就接近于球形了。
2014-11-9
武汉科技大学理学院工程力学系
13
拆除爆破 Demolition Blasting
137kg梯恩梯装药水中爆炸
P=240MPa
Q=137kgTNT R=10m P=24.5Mpa R=5m P=55.1Mpa
15.6MPa
12.25m 1.525m 15.25m
11.3MPa
149.5m 152.5m
A--A
2014-11-9 武汉科技大学理学院工程力学系 4
A
A
拆除爆破 Demolition Blasting
水介质为传能形式的爆破
与水相关的爆破方法：
1
2 3
水压爆破
水孔爆破 水封爆破
4
水下爆破
2014-11-9 武汉科技大学理学院工程力学系 5
拆除爆破 Demolition Blasting
水中冲击波
等量装药时在水中爆炸与空气中爆炸的不同 水中冲击波的压力比空气冲击波压力大得多；
水中冲击波的作用时间要比空气冲击波的作用时间小得多；
1万MPa
1万Mpa/100
水中
l0ro
80-130MPa
空气中
2014-11-9 武汉科技大学理学院工程力学系 9
拆除爆破 Demolition Blasting
中爆炸，则在自由表面看不到上述的水中爆炸现象．
对普通炸药，此种深度为 h = 9 Q0.33
2014-11-9
武汉科技大学理学院工程力学系
16
拆除爆破 Demolition Blasting
水中爆炸计算公式
容重为1.525g/cm3 的TNT在水中爆炸,水中冲 击波峰值压力P,比冲量I，水流能量密度E计算公 式：
2014-11-9 武汉科技大学理学院工程力学系 19
拆除爆破 Demolition Blasting
水压控制爆破分类
容器有无顶盖:开口式和封闭式容器。 开口式容器水压爆破，容器内形成的水柱上冲高度 大，高压气团产生的水膨胀压力耗散快，因而容器 壁破碎效果也较差。
封闭式容器内水压爆破，水的膨胀压力耗散慢，炸
随着水中冲击波的传播，其波阵面压力和速度下降很快，且
波形不断拉宽。例如球形装药爆炸产生的冲击波，在离爆炸 中心1～1.5 ro时，其压力下降极快，而在约l0ro，(r0为装药 半径)处压力下降为初始压力的1/100。
2014-11-9 武汉科技大学理学院工程力学系 8
拆除爆破 Demolition Blasting
2014-11-9 武汉科技大学理学院工程力学系 18
拆除爆破 Demolition Blasting
高压水传能特点
水做为传能介质，可压缩性小，传能效率高。
当压力为100Mpa时，水的密度变化5％，具有微压缩性,与 空气相比，炸药在水中爆炸时，水本身所消耗的变形能小， 因而水的传能效果好。 水具有缓冲作用：水中冲击波均匀地作用在被爆介质上， 介质只产生破裂，而不产生在岩石中接触爆破时的塑性流 动和过粉碎，不仅提高了能量利用率，而且也起到了缓冲 作用。 水楔作用：对已经产生裂纹的容器高压水楔入到裂纹中， 使其产生扩展和延伸。而水楔比气楔作用要大得多，因为 水携带的能量远大于气体所携带的能量。
Q Q
2 3
δ
2014-11-9 武汉科技大学理学院工程力学系
B
26
δ
Hw
R
R
h
拆除爆破 Demolition Blasting
⑵ 能量公式
Q k1k2k3 B
k1—结构特征系数。
2
h
Q δ B δ
封闭式:0.7~1.0，开口式:0.9~1.2 k2—材质系数。砖砌体:0.15~0.25，砼:0.2~0.4，钢砼:0.5~1.0， 取下限值，碎块飞散距离控制在10m以内，取上限值，碎块 飞散距离可达20m k3—炸药换算系数。黑梯:0.9，2号硝铵:1.0，铵油:1.1； B—圆形容器内直径，矩形容器短边长,m。
到壁面的距离，计算药包重量
2
药包数量： 根据容器形状、容积大小确定
药包数量
3
药包位置 ：药包在容器内水中的放置位置
2014-11-9
武汉科技大学理学院工程力学系
24
拆除爆破 Demolition Blasting
2.1药量计算公式
许多学者都渴望从理论上解决水压控制爆破炸药量计算问题， 并取得了可喜的成果，但由于水压爆破涉及的因素太多，迄 今以半理论半经验计算公式为主。推荐爆破界常用的三个水 压爆破药量计算公式： 考虑注水体积的药量计算公式 能量公式 冲量准则公式
当p=50~160MPa时潜艇将沉没，无装甲的舰艇将受到严重破 坏。 p=30~45MPa时潜艇将受到破坏。
2014-11-9 武汉科技大学理学院工程力学系 14
拆除爆破 Demolition Blasting
冲击波到水面
如下图所示，当炸药在水下附近爆炸时，水中冲击波首先 到达水面，在水面上出现一个迅速扩大的暗灰色的水圈， 它的移动速度很大，约几十个毫秒后就会消失；冲击波在 自由表面发生反射，在稀疏波的作用下，表面处水的质点 进一步向上飞溅，形成一个特有的飞溅水冢(右下图)。
q
w
2014-11-9 武汉科技大学理学院工程力学系
15
拆除爆破 Demolition Blasting
气泡到达水面
气泡到达水面时，气泡上升速度很快，这时气泡上方所有
的水都垂直向上喷射，从而形成一个高而窄的喷泉式水柱， 其高度和上升速度决定于装药的深度。 当装药在足够深的水中爆炸时，气泡到达自由表面以前就 被分散和溶解了，水面上没有喷泉出现．如果在很深的水
些能量的确切比例取决于炸药的品种和密度。
2014-11-9
武汉科技大学理学院工程力学系
7
拆除爆破 Demolition Blasting
药包在无限水域下爆炸
药包在水中爆炸后首先产生冲击波，冲击波的压力波峰值以 指数的形式衰减。 水中初始冲击波压力比空气中的大得多。例如空气中初始冲 击波压力约为80～130MPa，而在水中初始冲击波压力则超 过1万MPa。
容器壁
水
自由面
当药包距 离容器壁 近时，对 容器壁的 破坏作用 面积小； 较远时， 作用面积 较大。
2014-11-9
武汉科技大学理学院工程力学系
22
拆除爆破 Demolition Blasting
水压爆破效果
水压爆破效果与药包药量及放置距离R有关;与容器的壁厚和强 度有关。 当容器壁厚和强度不变，药量不变，随R的增加，容器壁的破 坏范围增加，容器壁的破碎程度降低，飞石飞散距离减少。
3 Q 0.078 0.95 R
kgcm/ cm
2
3 Q 0.078 0.95 R
17
2014-11-9
Βιβλιοθήκη Baidu
武汉科技大学理学院工程力学系
拆除爆破 Demolition Blasting
水压爆破的基本原理
炸药在水中爆炸的瞬间，冲击波到达容器周壁时， 冲击波压力在几十MPa以上。在冲击波作用下，容 器壁开始向外位移变形。当周壁上的环向拉应力达 到材料的抗拉强度极限时，周壁产生裂纹，出现破 裂。 接着周壁上又受到爆炸产生的高压气团膨胀引起的 水压力。将能量再次传递给建筑物的周壁，又一次 形成冲击性的加载，更加剧了周壁破坏。 具有残压的水流从容器壁裂缝中向外喷出，并带出 少量飞石四处飞散。
当容器壁厚和强度不变，R不变，随Q的增加，作用于容器壁 单位面积上的能量增加，因而容器壁的破碎程度加剧，飞石飞 散距离增加。 容器壁 药包 水
2014-11-9
武汉科技大学理学院工程力学系
23
拆除爆破 Demolition Blasting
2 水压控制爆破技术设计
爆破设计内容
1
药量计算：根据壁面材质、厚度，确定药包
2014-11-9
武汉科技大学理学院工程力学系
6
拆除爆破 Demolition Blasting
水压爆破的基本原理
炸药在水中爆炸的载荷形式：
冲击波作用载荷，峰压大，衰减快，作用时间短；
高压气团的膨胀压力及由它产生的高速水流。
两者大约占全部炸药爆炸能量的80％，其余大约
20％的能量则消耗于所产生的光能和热能之中，这
拆除爆破 Demolition Blasting
武汉科技大学理学院工程力学系
主讲教师：蔡路军 副教授
拆除爆破 Demolition Blasting
六 六
2014-11-9
水压控制爆破 Hydraulic Blasting
2
武汉科技大学理学院工程力学系
拆除爆破 Demolition Blasting
2014-11-9
武汉科技大学理学院工程力学系
12
拆除爆破 Demolition Blasting
梯恩梯装药水中爆炸
137kg TNT在水中爆炸，冲击波峰值压力随距离变化的情况： 爆炸近区，压力下降极快，远区，压力下降较缓慢。 水中冲击波正压作用时间随着距离加大而逐渐增加，但比同 距离用药量的空气冲击波的正压作用时间要小，前者约为后 者的1／100。 因为水中冲击波阵面速度与其尾部传播速度相差较小，例如 水中冲击波压力为P水＝500MPa时，冲击波速度V水=2040m/s 当压力下降到25MPa时， 水中冲击波阵面传播速度实际上已 接近于声速(P水约为1450—1500 m/s)，此时波头与波尾几乎以 同一速度传播(P气=5MPa时， V气=2230 m/s)。
水中冲击波
高压爆炸气体生成物—气泡在周围水介质的作用 下膨胀和压缩，产生一次或多次脉动压力。冲击 波到达自由面后，在一定的水域内产生水冢效应。 试验表明，水下爆炸冲击波、气泡脉动压力是水 下非接触爆炸破坏容器类构筑物的二种主要载荷。
2014-11-9
武汉科技大学理学院工程力学系
10
拆除爆破 Demolition Blasting
Q P 533 R
3 1.13
kg / cm
0.89
2
3 Q 0.078 1.57 R
2
3 Q i 0.05883 Q R 3 Q E 833 Q R
2.05
kg.s / cm
药能量利用率高，因而容器壁破碎效果较好。
2014-11-9
武汉科技大学理学院工程力学系
20
拆除爆破 Demolition Blasting
水压控制爆破分类
根据容器式构筑物的位置不同，可将容器分为架 高式、平地式、半埋式和全埋式。
2014-11-9
武汉科技大学理学院工程力学系
21
拆除爆破 Demolition Blasting 距 壁 面 不 同 距 离 时 的 破 坏 范 围
水压控制爆破特点
1. 不需钻孔，节约了钻孔费用和钻孔时间； 2. 药包数量小，雷管用量少，爆破网络简单；
3. 水介质易获得，传能效率高，炸药用量少；
4. 飞石飞散距离小、爆破粉尘少、爆破噪音小； 5. 拆除速度快、爆破直接成本低； 6. 只能用于容器类构筑物； 7. 采用齐发爆破，爆破地震动大；
8. 容器体积大时，水患问题严重。
2014-11-9
武汉科技大学理学院工程力学系
25
拆除爆破 Demolition Blasting
⑴ 考虑注水体积的炸药量计算公式
n 1 Q kv 1 6
Q—药量，kg；δ—构筑物壁厚，m；V—注水体积，m3； σ—周壁材料的抗拉强度，MPa； n—炸药包个数 K—与炸药性能、容器结构特征有关的参数 硝铵炸药开口式容器 k=0.1, 封闭式容器 K＝0.08