隧道内爆炸冲击波传播特性及爆炸荷载分布规律研究
隧道内爆炸冲击波传播特性及爆炸荷载分布规律研究
冲击波的膨胀为绝热过程， 其线性多项式状态方程可 １ ） ： 简化为式（ ｐ＝（ ） Ｅ ／ γ－１ ρ ρ ０ （ １ ）
图２ 试验与计算结果比较 Ｆ ｉ ｇ ． ２Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｄｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｎ ｄｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ａ ｉ ｒ ｓ ｈ ｏ ｃ ｋｗ ａ ｖ ｅ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄｂ ｙ ｉ ｎ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｌ ａ ｗｏ ｆ ｓ ｈ ｏ ｃ ｋｗ ａ ｖ ｅ ｌ ｏ ａ ｄｏ ｎ ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ａ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｗ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄｈ ｅ ｒ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｏ ｃ ｋｗ ａ ｖ ｅ ｉ ｎａ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｗ ｉ ｔ ｈａ ｎ ｄｗ ｉ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ ｅ ｎ ｄｗ ａ ｌ ｌ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅｂ ａ ｓ ｉ ｓｏ ｆａｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ．Ｔ ｈ ｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｌ ａ ｗ ｓｏ ｆｔ ｈ ｅｐ ｅ ａ ｋｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｉ ． ｅ ．ｐ ｅ ａ ｋｌ ｏ ａ ｄ ）ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｏ ｎｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｗ ｅ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ（ ａ ｎ ｄｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ Ｔ Ｎ Ｔｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ｏ ｎｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ａ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｏ ｃ ｋｗ ａ ｖ ｅ ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ａ ｄｗ ｅ ｒ ｅ ｔ ａ ｋ ｅ ｎｉ ｎ ｔ ｏ ａ ｃ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ．Ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ｕ ｌ ａｔ ｏｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅｔ ｈ ｅａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｔ ｈ ｅｐ ｅ ａ ｋｖ ａ ｌ ｕ ｅｏ ｆ ｔ ｈ ｅｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄｓ ｈ ｏ ｃ ｋｗ ａ ｖ ｅｌ ｏ ａ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅｉ ｎ ｎ ｅ ｒ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅｏ ｆ ｔ ｈ ｅｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｖ ｅ ｒ ｓ ｕ ｓ ｔ ｈ ｅｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅｆ ｒ ｏ ｍｔ ｈ ｅｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎｗ ａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ． Ｋ ｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ：ｉ ｎ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ；ｆ ｌ ｏ ｗｆ ｉ ｅ ｌ ｄｏ ｆ ｓ ｈ ｏ ｃ ｋｗ ａ ｖ ｅ ；ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄｓ ｈ ｏ ｃ ｋｗ ａ ｖ ｅｌ ｏ ａ ｄ ；ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ；ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｌ ａ ｗ 内爆炸冲击波传播规律研究方面仍有许多问题缺乏深 入研究， 特别是对带端墙的隧道内爆炸的冲击波流场 和荷载规律的研究较少， 已报道的一些关于隧道内冲 击波衰减规律的经验公式没有考虑冲击波在隧道断面 上不同位置的差异， 不适应描述爆近区的冲击波规律，
爆炸空气冲击波在巷道转弯处的传播特性
3收稿日期:20070330作者简介:王云艳,工程师,本科,从事机械设计、安全工程研究。
文章编号:100926094(2007)0320105202爆炸空气冲击波在巷道转弯处的传播特性3王云艳,覃 彬,张 奇(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京100081)摘 要:为了探索爆炸空气冲击波在巷道内的传播规律,进行了数值计算和理论分析,讨论了爆炸冲击波通过45°弯曲巷道后的压力变化过程。
研究结果表明:爆炸空气冲击波通过45°弯曲巷道后的压力分布复杂,空气冲击波逐渐恢复为平面波需经过4倍等效巷道直径的距离传播。
在该4倍等效距离内,冲击波反射叠加,在巷道外侧壁面M ach 反射点取得超压最大值,恢复平面波以后超压随距离呈单调衰减。
关键词:安全工程;空气冲击波;爆炸;传播规律中图分类号:O35415 文献标识码:A0 引 言空气冲击波在巷道内的传播特征是研究地下爆炸灾害机理和预防地下爆炸事故的基础。
杨国刚等[1]进行了管内乙炔和空气混合气体爆炸实验,并建立了描述管内气云爆炸的理论模型,采用SI MP LE 算法进行了数值计算,计算结果与实验大致吻合。
杨科之等[2]利用三维数值模拟计算程序,对长坑道中的化爆流场进行了数值计算,归纳出空气冲击波沿坑道方向的传播规律,计算结果与试验结果符合较好,经验公式值得推广。
王来等[3]通过试验研究,得到了空气冲击波在直角拐弯通道中传播的衰减系数,同时,应用流体网格法进行了数值模拟,但结果还不够完整、全面。
庞伟宾等[4]通过实验研究建立了可以对高能炸药在坑道内爆炸的空气冲击波到时进行预计的公式。
该公式适用于爆点在固定横截面的直通道口外、口内及口部处爆炸的情况。
利用该公式可以求出空气冲击波在坑道中传播速度的变化。
本文通过数值计算,研究爆炸冲击波在45°巷道转弯处的传播过程,为井下爆炸灾害事故的预防、控制提供理论依据。
1 爆炸空气冲击波在直巷道内的传播规律111 计算模型和参数爆炸空气冲击波通过转弯处由原来的平面波经复杂的反射后压力重新分布,再经一段距离的传播逐渐恢复平面波。
隧道分区爆破振动传播规律试验研究
炸 药在 岩石介 质 中爆 炸 ， 形 成 的 爆 炸荷 载 以冲 击 波 的形 式 向外传播 ， 其 强度 随传 播距 离 的增加 而减 小 ，
波 的 性 质 和 形 状 也 产 生 相 应 的 变 化 。 在 离 爆 源 约 ３～
动 衰减参 数 也 不 同 ， 振 动 衰减 系数 Ｋ 随着 开挖 区域 的增 大 而逐 渐减 小 ， 振 动 衰减 指数 Ｏ ｔ 由地 质 条 件 决
定， 基本 保持 不 变 ， 辅助 区 Ｋ为掏 槽 区的 ０ ． ５ ０～ ０ ． ６ ７倍 ， 周边 区 Ｋ为掏槽 区的 ０ ． ２ ５～ ０ ． ３ ３倍 ： 重庆地 区
力 一般 都大 大超 过岩 石 的 动 抗 压 强度 ， 使 岩石 产 生 塑
性 变形 或粉 碎 。在该 过 程 中 冲击 波 消 耗 大部 分 能 量 ， 急剧 衰减 ， 变 成 不 具 陡 峭 波 峰 的应 力 波 。应 力 波 阵面 上 的状 态参 数 变化 得 比较 缓 慢 ， 波 速 接 近或 等 于 岩石 中 的声 速 。岩 石的 状态 变化 所需 时问 远小 于恢 复
铁
５ ０
道
建
筑
Ｒａ ｉ ｌ ｗａ ｙ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
文章编 号 ： １ ０ ０ ３ － １ ９ ９ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ０ ５ ０ ． ０ ５
隧道 分 区爆破 振 动传 播 规律 试 验研 究
孟 海 利
（ 中 国铁 道科 学 研 究 院 铁 道 建 筑 研 究 所 ， 北 京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
开挖 为背 景 ， 采用 现场 测试 和统计 分 析方法 ， 研 究 隧道 掌 子面不 同区域产 生 的爆 破振 动衰 减 规 律 ， 并 给 出了 爆 破振动 的有 效控 制措 施 。
复杂隧道中爆炸冲击波传播特性的数值模拟
复杂隧道中爆炸冲击波传播特性的数值模拟
肖望;刘丹珠;吴新霞;寇佳
【期刊名称】《工程爆破》
【年(卷),期】2012(018)001
【摘要】炸药在隧道中爆炸时,由于受到隧道壁的限制,产生的空气冲击波的强度更大,危害更严重;同时隧道中的弯道、岔口影响着冲击波的传播.利用ANSYS/LS-DYNA对隧道中空气冲击波的传播进行了数值模拟,模拟结果与公式计算值基本吻合,验证了数值模型和参数选取的合理性.在此基础上,对冲击波在遇到转弯、岔口的情况进行了数值模拟,模拟结果表明,弯道可以削减10％～15％的超压峰值;岔口中主通道冲击波峰值为直通道的70％～80％,支通道为15％～25％.
【总页数】4页(P16-19)
【作者】肖望;刘丹珠;吴新霞;寇佳
【作者单位】连云港金海岸开发建设有限公司,江苏连云港222042;长江科学院,武汉430010;长江科学院,武汉430010;中铁大桥勘察设计院有限公司,武汉430050;长江科学院,武汉430010;连云港金海岸开发建设有限公司,江苏连云港222042【正文语种】中文
【中图分类】TD235.4+7;O382+.2
【相关文献】
1.T型坑道中爆炸冲击波传播规律的数值模拟 [J], 李秀地
2.不同曲率弯曲巷道爆炸冲击波传播特性数值模拟研究∗ [J], 吕鹏飞;庞磊
3.大尺寸通风管网中障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播特性影响\r的数值模拟 [J], 孟亦飞;董铭鑫;赵东风;贾进章
4.近地爆炸冲击波传播特性数值模拟与应用 [J], 曹涛;孙浩;周游;罗赓;孙吉伟
5.近地爆炸冲击波传播特性数值模拟与应用 [J], 曹涛;孙浩;周游;罗赓;孙吉伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
密闭空间内爆炸冲击波传播规律及壁面爆炸载荷分布特性的数值仿真研究
密闭空间内爆炸冲击波传播规律及壁面爆炸载荷分布特性的数值仿真研究胡洋，康怀宇，禄宝荣(河北省矿井灾害防治重点实验室，华北科技学院，北京东燕郊101601) 摘要：本文以爆轰动力学、爆炸力学、结构动力学和爆炸力学计算方法等多个领域的理论为基础，选取典型密闭空间为研究对象，采用有限元方法，对密闭空间内冲击波传播规律及壁面爆炸载荷分布特性进行数值仿真研究。
研究成果揭示了密闭空间内冲击波流场的形成及波系的演变和冲击波叠加对壁面上爆炸载荷的影响。
关键词：内爆炸冲击波爆炸载荷密闭空间1.引言近年来随着世界各地恐怖事件的不断发生，国内外的大批学者们对建筑物内爆炸冲击波的传播机理以及对结构作用的爆炸载荷开展了大量的研究工作。
典型密闭空间内爆炸研究就是这些工作中很重要的一项，它主要针对的研究对象是城市中的大型商场、政府的行政机构大楼、大型地下停车场、地铁等[1][2]。
目前对于这类问题的研究大致有三种方法：理论计算、数值模拟和试验研究。
由于爆炸冲击波在密闭空间内发生正反射、斜反射甚至是马赫反射，并且伴随着反射波和入射波的叠加问题，因此密闭空间内爆炸流场十分复杂，很难建立一个准确的数学模型求得精确的解析解，因此数值模拟和试验的方法就得到了学者们广泛的应用。
通过调研了国内外大量密闭空间结构的资料[3－6]，确定了本文的计算模型，如图1 所示：图1 密闭空间结构计算模型该计算模型为长宽高分别为6m、3m、3m的长方体结构，壁面为0.15m厚的钢筋混凝土材料，计算药量为200gTNT炸药，装药位置在结构的几何中心，图1 中O点位置为任意一个观测点。
2.数值仿真算法及参数2.1 算法模型LS DYNA 程序具有Lagrange 、E uler 和ALE 算法[7]，在分析的问题中，很多情形涉及到流体的流动，同时也会涉及到高幅值的冲击波，对大变形材料采用拉格朗日型的有限元网格并非总是可行的，当结构周围环绕流体介质的单元基于拉格朗日型单元时，就会产生严重的变形，直接导致每次迭代计算时的时间步长变得很小，因此模型时间变得很长，而且由于计算网格的畸变，可能直接影响到计算精度甚至计算终止；欧拉型的有限元网格避免了网格畸变的问题，但是这种算法的网格数量过大，会占用很多的计算机资源； ALE 算法采 用了 Lagrange 和 Euler 两种算法执行自动重分区，当合适的网格变形时不进行重分区，而 当出现严重的网格变形时，将执行自动重分区恢复至初始状态，即 ALE 算法现执行一步或 者几步 Lagrange 计算，当单元网格随材料流动产生变形时执行 ALE 计算。
城市地下综合管廊抗震抗爆研究进展
Part 01管廊抗震性能研究进展综合管廊承受的永久荷载为土压力、结构主体和内置管线自重，可变荷载为地面车荷载、人群荷载，偶然荷载为地震作用、燃气爆炸等荷载。
管廊由于具有重要的城市运行功能，需对其力学性能进行研究，特别是偶然荷载作用下的动力响应和破坏特征。
我国为地震多发国家，管廊在地震作用下会发生较大破坏，造成严重后果，因此进行管廊抗震性能研究具有重要意义。
部分学者进行共同沟结构体系振动台缩尺模型试验，通过分析加速度、混凝土应变、周围土压力，可知共同沟体系地震反应具有独特性，土体性质、地震动强度、结构形式、埋置深度、材料等的影响显著。
地下综合管廊地震反应分析与抗震可靠性研究结果表明，边界及接触面条件会对结构应变产生较大影响，在结构被视为弹性的情况下，自由边界的结构应变幅值明显较无限单元小，相对误差最大达123.3%，当忽略结构与土体之间的相对滑移时，结构应变增长幅度达1/3，并首次提出近似Ｒayleigh地震波场的概念。
研究发现，地下综合管廊在剪切波作用下呈整体弯曲变形，同土体在剪切波作用下的变形；各种因素中对结构响应影响最大的为边界条件及非一致激励。
部分学者进行非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验，模型场地与模型结构设计合理，为数值模拟奠定良好基础，并将有限元计算结果与试验实测结果从边界效应、加速度响应、位移响应和应变响应角度进行对比分析，得到计算结果与试验结果具有较好规律性的结论。
部分作者对Ｒayleigh波与底部地震加速度共同作用下综合管廊动力响应特征进行研究，建立双仓综合管廊三维动力有限元数值模型，对加速度、管廊结构位移、管廊结构内力进行分析。
综合管廊地震响应研究结果表明，综合管廊变形基本与周围土层一致，侧壁与底板连接部位为损伤最大位置。
为研究地下综合管廊结构边节点和中节点抗震性能，有关学者以体积配箍率和纵筋锚固长度为参数，分析试件破坏形态、弯矩-位移滞回曲线和弯矩-位移骨架曲线等，并探索提高现浇节点受弯承载力的方法。
隧道表面爆破地震波的产生机制及传播特征
隧道表面爆破地震波的产生机制及传播特征蒙贤忠;周传波;蒋楠;张玉琦;张震;吴迪【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2024(44)2【摘要】为了研究隧道表面爆破地震波的产生机制及传播规律,提出了隧道表面爆破振动平面应变理论模型,得到了隧道表面爆破振动场积分形式解;以龙南隧道爆破工程为背景,建立了有限元数值模型,通过现场测试验证了数值模拟与理论解答的准确性;提出了基于高分辨率Radon变换的隧道爆破地震波波场分离方法,结合理论解析与数值模拟得到了P波、S波、R波的传播特征,最后综合理论结果与波场分离结果提出了隧道爆破地震波作用分区。
结果表明:隧道爆破产生P波、S波,R波在自由面迅速发育,3类波呈现指数衰减特征,S波衰减快于P波快于R波。
随着爆心距的增大,垂直方向主要成分由S波转变为R波,水平方向主要成分由S波转变为P波,P波转变为R波。
Ⅳ级围岩工况下,隧道爆破地震波作用分区为:隧道轴向距掌子面0~6.44 m为爆破近区,主导波型为水平S波;6.44~21.23 m为爆破中区,主导波型为水平P波;21.23 m外为爆破远区,主导波型为垂直R波。
爆破分区分界点与单段最大药量呈线性关系,可通过爆破药量得到隧道爆破分区位置,用于隧道安全稳定性分析。
【总页数】18页(P175-192)【作者】蒙贤忠;周传波;蒋楠;张玉琦;张震;吴迪【作者单位】中国地质大学(武汉)工程学院;江汉大学精细爆破国家重点实验室;中国科学院武汉岩土力学研究所【正文语种】中文【中图分类】O382【相关文献】1.隧道掘进爆破地震波传播规律试验研究2.基于小波分析的浅埋隧道爆破地震波时频特征研究3.城市暗挖隧道爆破地震波传播规律研究4.露天高边坡爆破地震波传播特征及强度预测研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高速公路隧道爆炸冲击波模型
高速公路隧道爆炸冲击波模型高速公路隧道的建设和使用已经成为现代社会城市化发展不可或缺的一部分。
然而，隧道事故的频繁发生给交通安全带来了巨大的威胁。
其中，爆炸事故是最为致命和具有破坏性的一种。
因此，准确预测隧道爆炸冲击波的模型至关重要。
一、冲击波的形成与特征爆炸的产生会导致大量燃气、热能和激波的形成，在封闭的隧道空间中，冲击波将产生一定的压力和速度。
这些冲击波的传播不仅会对隧道内的结构物造成负担，还会对周围环境产生严重影响。
了解和研究冲击波的形成与特征对于有效应对事故具有重要意义。
二、模型建立与计算方法为了准确预测隧道爆炸冲击波的传播过程，科学家们建立了一系列模型和计算方法。
其中，常用的方法有数值计算方法和物理试验方法。
数值计算方法是利用计算机进行模拟，通过设定初始条件、选择合适的数学模型和计算方法，来模拟隧道爆炸冲击波的传播过程。
这种方法具有成本低、时间短、结果可靠等优点。
但是，在实际应用中需要根据具体情况选择不同的模型和计算参数，以确保计算结果的准确性。
物理试验方法是通过实验装置模拟隧道爆炸冲击波的传播过程。
这种方法可以直接观测到爆炸冲击波的形成和传播过程，有利于对冲击波的特征进行研究，但是成本较高且不易实施。
三、参考因素与风险评估在建立模型和进行计算时，需要考虑多种因素，例如燃料特性、隧道结构形式、粒子分布、气体密度等。
这些因素的综合作用将直接影响冲击波的产生和传播过程。
因此，在模型建立时需要充分考虑这些因素，以提高模型的准确性和可靠性。
在实际应用中，对隧道爆炸冲击波进行风险评估是非常必要的。
通过对隧道周围环境和可能遭受损害的结构物进行评估，可以预测冲击波对人员和财产带来的影响，并采取相应的安全措施。
这不仅可以保护人身安全，还可以减少因爆炸事故造成的经济损失。
四、风险控制和防范措施针对隧道爆炸冲击波的模型研究，还可以为风险控制和防范提供重要的依据。
例如，通过对设施布局和防护措施的优化设计，可以降低冲击波的影响范围和程度。
岩石中隧道内爆炸动力响应分析
岩石中隧道内爆炸动力响应分析随着经济的不断发展和人口压力的持续增大,城市的交通问题愈发严重,作为解决城市交通问题的重要手段,地铁和公路隧道在城市的交通系统中发挥着不可替代的作用,但与之而来的,地铁和公路隧道也成为恐怖袭击风险很高的目标,另一方面,由于意外爆炸事故引起的隧道内爆炸事件也时有发生。
鉴于地铁、隧道内爆炸可能引起的巨大灾难,本文主要分析了内爆炸对隧道的破坏特点、爆炸冲击波在隧道中传播规律等问题,取得了如下研究成果:1、基于原型试验坑道的抗爆试验结果,揭示了内爆炸对隧道工程造成的一些典型宏观破坏现象,分析了隧道内爆炸冲击波不同于自由大气中爆炸冲击波的特点。
2、内爆炸冲击波具有不同于自由大气中冲击波的特点,由于边界反射的影响,爆炸冲击波具有多峰值的起伏变化。
数值模拟结果表明,立方体装药中心爆炸情况下,爆心附近冲击波非常复杂,冲击波具有多波汇聚、相互作用现象,但随着爆心距增加,冲击波逐渐稳定,表现出峰值超压衰减、作用时间增长、高频成分减少等现象。
3、基于对大量计算结果的归纳总结,表明两端开口的隧道内爆炸冲击波峰值超压具有如下衰减规律: SrSrSr通过与其他已有经验公式的对比验证了其正确性,可为实际工程分析设计提供一定的参考。
4、立方体装药中心爆炸条件下,爆炸后,爆心所在截面正上、正下、正左、正右四位置处的隧道衬砌最先受到冲击波作用,容易发生破坏,并且随着时间的发展,破坏的范围随之增大。
球形装药中心爆炸条件下,相同截面上的隧道衬砌发生均匀破坏,同一半径处的单元,有效应力、位移以及速度随时间的变化规律基本相同。
5、同样的装药量,中心爆炸情况下,相对于球形装药,立方体装药条件下的隧道非对称和非均匀动力响应更明显,局部衬砌破坏也更加突出;装药高度对隧道衬砌破坏有很大影响,在相同的装药条件下,爆高越小,装药正下方衬砌破坏情况越严重,当爆高减小到一定的高度时,隧道衬砌会产生严重的局部破坏甚至贯穿现象。
6、在相同的装药条件下,偏心爆炸情况下隧道衬砌主要表现为局部破坏,并且局部破坏程度要大于中心爆炸情况。
秦岭隧道抗爆炸荷载的分析研究
0. 84 0. 84
1. 65 1. 65
e/m 0. 60 0. 60
0. 68 0. 68
H1/ m 2. 0 2. 0 2. 0 2. 0
第 20 卷
H2/ m 4. 38 3. 30 4. 68 3. 51
从以上计算结果表明 , 为了防航爆弹的局部破 坏作用 , 明洞顶部回填 2 m 浆砌片石后 , 拱顶厚度 需要3. 30 ～ 4. 68 m. 2. 3 明洞衬砌按国防要求的构造
围岩. Ⅱ线隧道洞口段穿经 F2 断层破碎带的碎裂 岩和糜棱岩 , 属文献 [2 ] Ⅱ类围岩 , 对应文献 [1 ] 中
的 Ⅳ类围岩. 参照文献 [ 2 ] 和文献 [1 ]5. 14. 8 条规
定 ,采用的材料物理力学参数如表 1 所示.
材料种类
Ⅱ类围岩 Ⅲ类围岩 C30 钢筋混凝土
重力密度 / kN·m - 3
Kd q静 , Kd 为动力系数 ,取 Kd = 1. 5 ,故 Ⅰ线隧道动
荷 段 的 总 竖 向 压 力 q = 1. 5 q动 + q0 = 958. 9
kN/ m2 , 总 水 平 压 力 e = 1. 5 e动 + e0 = 146. 8
kN/ m2 ; Ⅱ线隧道动荷段相应的总荷载 q = 956. 4
第 20 卷 第 4 期 2001 年 8 月
兰州铁道学院学报 (自然科学版) JOURNAL OF LANZHOU RAIL WA Y UNIV ERSIT Y (Natural Sciences)
文章编号 :1001 - 4373 (2001) 04 - 0048 - 06
秦岭隧道抗爆炸荷载的分析研究 Ξ
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隧道开挖形成的空洞效应对爆破振动波传播特征的影响规律研究
隧道开挖形成的空洞效应对爆破振动波传播特征的影响规律研究摘要:随着我国经济的飞速发展，对于道路交通的需求也越来越大，交通基础设施建设也得到了极大的发展。
然而，在我国北部以及西南山区等地，修建道路最大的难度是开挖山岭隧道。
我国山岭隧道的开挖会导致一般采用钻爆法，钻爆法虽然成本较低，但是钻爆过程中会产生一系列问题，尤其要注意爆破振动对于地表建筑的影响，监测不当甚至会造成安全事故。
因此，研究隧道开挖形成的空洞效应对于爆破振动波传播特征的影响规律，具有非常重要的意义。
关键词：隧道开挖；空洞效应；爆破振动波1 爆破振动波传播特征以及强度监测分析1.1 爆破振动传播规律我国目前主要的隧道开挖方式是钻爆法，钻爆法就是通过钻孔，往钻孔中装入炸药，然后通过炸药爆破开挖岩体的方法。
岩体中的炸药爆炸时，会在岩体介质中激发质点沿平衡位置的往复振动，这种现象称为爆破振动。
爆破的冲击压力以波动的形式向四周扩散，称为应力波，最常见的应力波就是地震波。
由于岩体的爆破受自身性质以及周围环境等的影响，存在诸多的不确定性和复杂性，因此，爆破振动波的传播规律复杂，研究难度大。
根据距离爆破源距离的远近，可以将爆破应力波分为冲击波、应力波和地震波。
冲击波和应力波分别存在于近源区和中源区。
应力波传播到远源区遇到界面以后，经过反射和折射叠加，形成爆破地震波。
地震波是由近源的应力波转化而来并且在岩土介质中传播时，能量逐渐衰减的扰动。
爆破振动波由于其爆破源情况复杂，传播介质环境多变，受炸药性能、岩体性质、钻孔规格、装药结构以及岩体传播介质的岩石物理性质和地形地貌环境等影响，爆破振动波在传播过程中随机性较强，研究其传播规律，需要对振动波组成、传播方式、以及传播过程进行分析探究。
爆破地震波是一种宽频带波，含有多种频率的成分。
由于岩体介质具有滤波作用，在地震波传播的过程中，高频易被吸收，低频不易被吸收，传播距离远。
地震波中，不同波频对于环境、岩体结构、设备和人员的影响也不同，当地震波频率和设备的固有频率一致，会产生共振，对岩体和设备造成损害。
爆炸冲击波在复杂地下结构内传播规律的研究
首都经济贸易大学硕士学位论文爆炸冲击波在复杂地下结构内传播规律的研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：安全技术及工程指导教师：***20090320摘要在地下空间或井下瓦斯爆炸事故中，冲击波是主要灾害效应之一。
冲击波的传播规律是地下空间或井下系统进行抗爆性评价和矿井抗爆性设计的基础，是降低事故危害、防治事故蔓延、迅速实施救援中的关键科学问题,是事故效应的核心。
然而，对冲击波在复杂地下结构的传播规律的研究并不系统。
本文主要通过数值计算和实验手段，对冲击波在复杂地下结构传播规律进行了研究。
1.在量纲分析及对数值模拟结果拟合基础上，得到了直巷道某一点处的峰值超压值与爆源的等效TNT当量q成正比，与巷道轴向距离R成反比，与巷道的截面积S成Q参量的多项式函数。
反比，是3/RS2.为了探索爆炸空气冲击波在转弯巷道内的传播规律，研究了爆炸冲击波通过45°弯曲巷道后的压力分布特征，研究结果表明：在弯曲巷道内压力场的分布是复杂的。
经过弯曲巷道时空气冲击波变为曲面波,经过较长距离,冲击波逐渐恢复平面波。
3．从三个方面研究了巷道转角角度对爆炸冲击波传播的影响。
首先，研究了转弯前压力提高区的长度和转角角度的关系；其次，研究了转角角度对转弯后的紊流区的影响；最后，用衰减系数这一概念，研究了转角角度对冲击波衰减系数的影响程度。
4. 在数值模拟的同时，进行了分叉管道结构内冲击波测试，以此研究爆炸冲击波在分叉巷道结构内的非线性特征及传播规律。
将两方面成果对比，证明了实验和数值模拟研究的一致性。
关键词：冲击波复杂巷道超压峰值数值模拟紊流区AbstractThe shockwave is one of the main effects in gas explosion incident inside underground tunnels. The research on explosive shockwave propagating characteristic is important to antiknock evaluation，antiknock designing for mine，reducing accident hazards, preventing accident expanding, implementation of the rescue rapidly. It is the key point of the accident. However, the achievement on explosive shockwave propagating characteristic inside the complex underground tunnels is not systematic.This paper utilized numerical simulation with scaling model experiment, studied on the shockwave wave propagating rules inside the complex underground tunnels.1.The shockwave propagating characteristic inside the straight tunnel is researched∆of certain point is in through data fitting based on dimension analysis. Overpressure Pdirect proportion with equivalent TNT weight q, and in inverse proportion with propagation distance R and tunnel section area S. It is the polynomial function of Q.3/RS2.Aimed at presenting air shockwave propagation process as well as the corresponding principles in case of the explosion taking place in the complex mining tunnel, a piece of particular research into the overpressures changing process when the explosion shockwave goes through 45° turning corner. The result shows the stress field distribution in bend tunnels is complex. The air shockwave should resume to plane front after propagation continuing through a long distance.3. The rules for related factors affecting shockwave propagation were studied, which including configuration factors such as tunnel bend angle from 3 different parts. The paper studies the relationship between parameter like bend angle and the overpressure attenuation tunnel bend, which include the length of stress enhanced front, turbulence area, attenuation coefficient.4. The rules and nonlinear characteristics for shockwave propagation inside the branch tunnels structure is researched by the way of numerical simulation and experiment in pipeline structure. By comparison, the results from numerical simulation and experiment are consistent. So research findings of the numerical calculations are proved to be reliable.Keywords:Shockwave complex tunnels overpressure valuenumerical simulation turbulence area独创性声明本人郑重声明：今所呈交的《爆炸冲击波在复杂地下结构内传播规律的研究》论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的科研成果。
爆炸冲击波在巷道内的传播规律
铁 道 出 版 社 ，９ ５ １９
在某 固定 测试点 的压力 变化 波形 图 ， 图 １ 图 ２ 如 和 所示 。
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第２卷 Ｏ
第６ 期
爆 炸 冲 击 波 在 巷 道 内 的传 播 规 律
王 光 明 ， 开 顺 郑
（ Ｋｒ程职业技 术学院 ， 武／ ＿ ＿ 湖北 武汉 ４ ０ ８ ） ３ ０ ０ ［ 摘 要］ 爆炸冲击波在巷道 内的传播规律 ， 一直是采矿科 学中的重要课题 。由巷道现场的测试结果可以看 出： 随着 测点与爆源距 离的增大， 二次爆炸冲击波与首次波的压 力比不断地增加 ， 在一定情况下， 比值可大于 １ 同时二次波 其 ， 与一次波的峰值间隔在不断地缩小， 波的正压力 时间加 长。小药量的实验结果在 一定的程度上也较 能真 实地反 映实 际爆炸作业 时的情 况。 ［ 关键词］ 爆炸冲击波； 巷道 ； 传播规律 ［ 中图分类号］ Ｔ ２５ ｒ ［ Ｄ ３． ２ 文献标识码］ Ａ ［ 文章编号］ １０—３ １ （Ｏ７Ｏ 一ｏ６一ｏ Ｏ９ Ｏ Ｘ ２０ ）６ ０ ２ ３
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江 汉 石 油 职 工 大 学 学 报
２０ ０ ７年 ｌ 月 １
Ｊｕｎ ｌ ｆ ｉ ｇ ａ ｅｒｌ ｍ Ｕ ｉ ｒｉ ｆ ｔ ｆ ｎ ｒｅｓ ｏ ｒａ ｏ ａ ｈ ｎＰ ｔ ｅ ｎｖ ｓ ｙｏ ａ ｄ Ｊｎ ｏｕ ｅ ｔ Ｓ ｆ ａ Ｗｏｋ ｒ
隧道掘进爆破振动在地表及上部岩体传播特征
应材料ＰＴＦＥ/Ａｌꎬ反应破片沿着战斗部端面等距排列ꎬ破片总个数为２１个ꎬ密度为ρꎻ战斗部壳体材料为硬质铝合金ꎮ２㊀破片飞散特性破片的初始抛撒速度是破片飞散特性的主要内容之一ꎬ它是评估杀伤战斗部威力的重要依据[２]ꎮ发散角的大小直接影响到形成的破片束的侵彻能力和打击面积ꎮ本文的战斗部模型为完全轴对称的ꎬ选择破片速度方向与对称轴ｚ轴反向之间的夹角为发散角ꎮ根据破片的速度分析ꎬ可以确定每个破片的发散角α的值ꎬ进而近似求得破片的打击密度ꎮ本文只考虑破片发散角稳定时的状况ꎮ破片的发散角为:α＝ａｒｃｃｏｓｖｚｖæèçöø÷＝ａｒｃｔａｎｌＨæèçöø÷ꎻ(１)Ｈ＝ʃｔ００ｖｚｄｔꎻ(２)ｌ＝ʃｔ００ｖｘｄｔꎮ(３)式中:ｔ０为破片从开始飞散至击中目标的时间ꎻＨ为ｔ＝ｔ０时刻破片在ｚ方向的位移ꎻｌ为破片的发散半径ꎻｖｚ为ｚ轴速度ꎬ即轴向速度ꎻｖｘ为破片的径向速度ꎻｖ为破片初始抛撒速度ꎮ定义打击面积为Ｓꎬ破片总数为Ｎꎬ打击密度为ω(Ｓ)ꎬ打击密度作为打击面积的函数ꎬ即ω(Ｓ)＝ＮＳꎮ(４)其中:打击面积Ｓ＝π(Ｈｔａｎα＋ｌｚ)２ꎬｌｚ为某破片到弹轴线的距离ꎮ３㊀数值模拟３.１㊀计算模型、材料模型及参数㊀㊀采用ＡＮＳＹＳ/ＬＳ￣ＤＹＮＡ进行轴向驱动反应破片战斗部的数值模拟分析ꎬ采用流固耦合算法ꎮ数值模型由战斗部壳体㊁主炸药㊁内衬和反应破片(壳体和反应材料)组成ꎮ其中ꎬ主炸药㊁空气和内衬采用欧拉网格建模ꎬ单元使用多物质ＡＬＥ算法ꎬ战斗部壳体和反应破片均采用拉格朗日网格建模ꎮ采用ＴｒｕｅＧｒｉｄ软件进行有限元模型的建立ꎬ模型简化如图２所示ꎮ㊀㊀㊀㊀图２㊀战斗部有限元模型Ｆｉｇ.２㊀Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｗａｒｈｅａｄ㊀㊀网格单元采用Ｓｏｌｉｄ１６４八节点六面体单元ꎻ战斗部壳体材料模型选用Ｐｌａｓｔｉｃ＿Ｋｉｎｅｍａｔｉｃ材料模型ꎻ破片壳体和反应材料选用Ｍａｔ＿Ｊｏｈｎｓｏｎ＿Ｃｏｏｋ材料模型和Ｇｒｕｎｅｉｓｅｎ状态方程ꎻ主炸药采用Ｈｉｇｈ＿Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ＿Ｂｕｒｎ材料模型和ＪＷＬ状态方程描述ꎻ内衬模型选用Ｍａｔ＿Ｅｌａｓｔｉｃ＿Ｐｌａｓｔｉｃ＿Ｈｙｄｒｏꎻ空气采用Ｎｕｌｌ材料模型和Ｇｒｕｎｅｉｓｅｎ状态方程描述ꎮ主要材料参数如表１所示ꎬ参考值见文献[６ꎬ９￣１１]ꎮ３.２㊀数值模拟结果分析反应破片在主装药爆轰过程中ꎬ瞬间受到爆轰压力的驱动ꎬ以防止破片在加速飞散过程中不发生破碎或者受热提前反应ꎬ确保反应破片的完整性ꎬ避免毁伤能力削弱ꎮ本文中ꎬ研究了６种方案:无内衬和分别以泡沫铝㊁尼龙㊁泡沫塑料㊁橡胶和ＰＴＦＥ低密度材料作为内衬ꎬ其方案编号为１＃㊁２＃㊁３＃㊁４＃㊁５＃㊁６＃ꎬ数值模拟分析其对反应破片飞散特性和完整性的影响ꎮ３.２.１㊀反应破片飞散数值模拟结果㊀㊀通过数值模拟ꎬ得到了不同内衬时反应破片的初始抛撒速度和飞散角曲线ꎬ如图３和图４所示ꎮ由仿真计算可知ꎬ起爆后大约在２５μｓ时ꎬ破片的抛掷速度趋于稳定ꎬ爆轰压力与空气阻力相等ꎬ爆轰产物对破片束的作用基本消失ꎮ破片的最大速度出现在端面中心处ꎬ破片的最小速度出现在靠近壳体处ꎬ反应破片的最大速度为２４００ｍ/ｓꎬ最小速度为表１㊀主要材料参数Ｔａｂ.１㊀ＭａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓＢ炸药ρ/(ｇ ｃｍ－３)Ｄ/(ｍ ｓ－１)ｐＣＪ/ＧＰａＡ/ＧＰａＢ/ＧＰａＲ１Ｒ２ω１.７１７９８０２９.５５４２２７６.７４.２１.１０.３４ＰＴＦＥ/ＡｌＡ０/ＭＰａＡ１/ＭＰａＡ２/ＭＰａＢ０/ＭＰａＢ１/ＭＰａＢ２/ＭＰａ－４３７.９２３８.１７－３０.７２１８００.６５－１０９３.５２１７４.４１４５＃钢ρ/(ｇ ｃｍ－３)Ｇ/ＧＰａＡ/ＧＰａＢ/ＧＰａｎＣｍ７.８３７７７９.２５１０.２６０.０１４１.０３ ０５ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４５卷第４期㊀㊀图３㊀破片初始抛撒速度曲线Ｆｉｇ.３㊀Ｉｎｉｔｉａｌｄｉｓｐｅｒｓａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｆｒａｇｍｅｎｔｓ㊀㊀图４㊀破片发散角曲线Ｆｉｇ.４㊀Ｅｊｅｃｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｆｒａｇｍｅｎｔｓ１５９５ｍ/ｓꎮ由公式知:破片发散角主要集中在－１６ʎ~１６ʎ范围内ꎬ表明破片基本上沿着战斗部端面法线方向飞行ꎮ破片飞散稳定后ꎬ发散角标准差值较大ꎬ说明破片发散角度呈离散化ꎬ导致破片发散角增大ꎬ同时破片束的密度有所降低ꎮ３.２.２㊀内衬对反应破片飞散的影响分析通过数值模拟得到了不同内衬时反应破片的初始抛洒状态ꎮ由表２可以看出ꎬ内衬对破片的飞散特性影响较大ꎮ随着内衬材料密度的增加ꎬ破片的平均抛撒速度增大ꎬ平均发散角减小ꎬ并且破片的破损现象也相对减小ꎮ采用泡沫铝为内衬时ꎬ破片的速度最低ꎬ而采用密度相对较大的ＰＴＦＥ时ꎬ破片的速度最大ꎮ采用ＰＴＦＥ作为内衬时ꎬ其速度比无内衬时提高了２７.８％ꎮ从图５不同方案的破片变形状态也可以看出ꎬ随着内衬密度的增加ꎬ破片的完整性逐渐趋于完好ꎮ这是由于无内衬时ꎬ炸药与反应破片直接接触ꎬ当爆轰波传至端面时ꎬ爆轰产物迅速向周围运动ꎬ压缩空气形成冲击波ꎬ削弱了爆轰产物对破片的有效作功ꎻ同时ꎬ驱动反应破片沿着端面法线方向高速飞行ꎻ破片受到爆轰的直接载荷ꎬ造成外壳的变形ꎮ而采用内衬时ꎬ避免了反应破片与主装药的直接接触ꎬ一方面防止过度的动压加载ꎬ避免反应破片破碎ꎬ另一方面阻止过热的炸药爆轰产物的直接作用ꎬ削弱表２㊀不同内衬材料对反应破片飞散的影响Ｔａｂ.２㊀Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｉｎｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓｏｎｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆｒｅｓｐｏｎｓｅｆｒａｇｍｅｎｔｓ防护材料材料密度ρ/(ｇ ｃｍ－３)平均抛撒速度/(ｍ ｓ－１)平均发散角α/ʎ破片状态无内衬０１５００１１.８有破碎㊁变形泡沫铝１.０４０１６５０７.６有破碎㊁变形尼龙１.１４０１７８０７.３少量破碎㊁变形泡沫塑料１.２６５１８０４７.１少量破碎㊁变形橡胶１.４００１８５０７.０无破碎㊁变形ＰＴＦＥ２.１６０１９１７６.４无破碎㊁变形㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ａ)方案１＃㊀㊀㊀㊀(ｂ)方案２＃㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｃ)方案３＃㊀㊀㊀㊀(ｄ)方案４＃㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｅ)方案５＃㊀㊀㊀㊀(ｆ)方案６＃图５㊀８０μｓ时不同方案破片的变形状态Ｆｉｇ.５㊀Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｔａｔｅｏｆｆｒａｇｍｅｎｔｓｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｏｇｒａｍｓａｔ８０μｓ１５２０１６年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀轴向驱动反应破片的作用过程㊀张世林ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀了爆轰波压力ꎬ避免反应破片过早受高热而发生快速分解反应ꎮ同时ꎬ内衬有效阻止稀疏波向爆轰产物内传入ꎬ起到了约束㊁延缓的作用ꎬ使得对破片的加载时间延长ꎬ提高了爆轰产物对破片的做功能力ꎮ４㊀试验及分析４.１㊀试验装置根据数值模拟分析ꎬ开展试验验证ꎮ如图６试验装置简图所示ꎬ战斗部距目标靶板距离３.０ｍꎬ靶板为１.２ｍˑ１.０ｍˑ３.０ｍｍ的钢板ꎮ靶心距离地面１.０ｍꎮ图７为反应破片战斗部ꎬ战斗部内置反应破片２１枚ꎬ破片密度为ρꎬ内衬层采用ＰＴＦＥꎬ共计４枚试验样机(图６所示)ꎮ试验时ꎬ战斗部横向放置在试验架ꎬ且中心与靶板中心水平对正ꎮ１－战斗部ꎻ２－测速靶ꎻ３－目标靶ꎻ４－高速摄像机ꎮ图６㊀试验装置布置示意图Ｆｉｇ.６㊀Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅ㊀㊀㊀㊀图７㊀战斗部实物图Ｆｉｇ.７㊀Ｔｈｅｗａｒｈｅａｄ４.２㊀试验结果通过图８摄像可以看出ꎬ燃烧式反应破片在撞击靶板瞬间ꎬ伴有强烈的火焰产生ꎬ火焰长度约半米ꎮ这是由于高速飞行的破片在撞击靶板瞬间ꎬ破片内部压力瞬间变大ꎬ温度升高ꎬ反应材料受到高温高压后ꎬ达到临界爆压值ꎬ发生燃烧效应ꎮ由试验结果(图９)可知:靶板表面均出现穿孔痕迹ꎬ穿孔２１个ꎬ与预制反应破片数目相同ꎬ且弹坑处均有燃烧熏蚀痕迹ꎬ表明反应破片战斗部在炸药爆轰后ꎬ预制破片比较完整ꎮ在穿过靶板后ꎬ受到靶板的挤压摩擦后ꎬ反应材料发生爆炸燃烧反应ꎬ释放大量的热ꎬ大部分反应弹丸在靶板上能够有较完整的穿孔ꎬ穿孔孔径均大于１０ｍｍꎬ破片穿透靶板后仍有较高的剩余速度ꎬ且反应性黑色痕迹较多ꎬ反应破片分布在宽９４０~１２００ｍｍ㊁高８７０~１０００ｍｍ的区域内ꎬ最大飞散角为１８ʎ~２２ʎꎬ其打击密度为１７.５~２５.６ｍ－２ꎮ通过高速摄影图像ꎬ可近似求得４枚样机反应破片㊀㊀图８㊀破片撞击靶板瞬间燃烧图Ｆｉｇ.８㊀Ｂｕｒｎｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｒａｇｍｅｎｔａｔｔｈｅｍｏｍｅｎｔｏｆｉｍｐａｃｔｉｎｇｔｈｅｔａｒｇｅｔｐｌａｔｅ㊀㊀㊀㊀(ａ)１＃靶板㊀㊀(ｂ)２＃靶板㊀㊀(ｂ)３＃靶板图９㊀破片侵彻靶板毁伤效果图Ｆｉｇ.９㊀Ｄａｍａｇｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｒａｇｍｅｎｔｓｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇｔｈｅｔａｒｇｅｔｐｌａｔｅ２５ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４５卷第４期的平均速度为１８００~２０００ｍ/ｓꎮ㊀㊀试验表明:设计的轴向驱动反应破片战斗部发射的反应破片完整性较好ꎬ破碎情况较少ꎬ与数值模拟结果相吻合ꎮ５㊀结论１)数值模拟发现:无内衬时ꎬ轴向驱动反应破片抛撒速度最低ꎬ且在爆轰载荷下受损严重ꎻ采用密度相对较大的ＰＴＦＥ作为内衬ꎬ可以有效提高破片的完整性和抛撒速度ꎮ２)轴向驱动反应破片在侵彻靶板后ꎬ具有燃烧等二次毁伤效应ꎬ造成的复合毁伤效果优于传统型单一利用动能打击目标的惰性破片ꎮ３)轴向驱动反应破片战斗部具有定向功能ꎬ其速度提升和打击密度均优于传统型破片战斗部ꎮ参考文献[１]㊀周智超ꎬ吴晓锋ꎬ冷画屏.舰炮近炸引信预制破片弹在反导中的弹丸威力分析[Ｊ].军事运筹与系统工程ꎬ２００５ꎬ１９(２):６７￣７０.[２]㊀隋树元ꎬ王树山.终点效应学[Ｍ].北京:国防工业出版社ꎬ２０００ＳＵＩＳＹꎬＷＡＮＧＳＳ.Ｔｅｒｍｉｎａｌｅｆｆｅｃｔｓ[Ｍ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＮａｔｉｏｎａｌＤｅｆｅｎｄＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓꎬ２０００.[３]㊀邢恩峰ꎬ钱建平ꎬ赵国志.装药结构参数对轴向预制破片抛掷速度的影响[Ｊ].火炸药学报ꎬ２００７ꎬ３０(１):４９￣５３.ＸＩＮＧＥＦꎬＱＩＡＮＪＰꎬＺＨＡＯＧＺ.Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｈａｒｇｅｏｎｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆａｘｉａｌｐｒｅｆｏｒｍｅｄｆｒａｇｍｅｎｔｓ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓꎬ２００７ꎬ３０(１):４９￣５３.[４]㊀张辉ꎬ李向豪ꎬ张选明.轴向增强炮弹破片场优化控制及反导效能分析[Ｊ].计算机仿真ꎬ２０１２ꎬ２９(９):２２￣２７.ＺＨＡＮＧＨꎬＬＩＸＨꎬＺＨＡＮＧＸＭ.Ｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌａｂｏｕｔａｘｉａｌｅｎｈａｎｃｅｄａｒｔｉｌｌｅｒｙｓｈｅｌｌｓｅｘｐｌｏｄｉｎｇａｎｄｄａｍａｇｅａｎａｌ￣ｙｓｉｓｏｆｍｉｓｓｉｌｅｓ[Ｊ].ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬ２０１２ꎬ２９(９):２２￣２７.[５]㊀黄亨建ꎬ黄辉ꎬ阳世清ꎬ等.毁伤增强型破片探索研究[Ｊ].含能材料ꎬ２００７ꎬ１５(６):５６６￣５６９.ＨＵＡＮＧＨＪꎬＨＵＡＮＧＨꎬＹＡＮＧＳＱꎬｅｔａｌ.Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｄａｍａｇｅｅｎｈａｎｃｅｄｆｒａｇｍｅｎｔ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒａｌｏｆＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２００７ꎬ１５(６):５６６￣５６９. 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[７]㊀阳世清ꎬ徐松林ꎬ张彤.ＰＴＦＥ/Ａｌ反应材料制备工艺及性能[Ｊ].国防科技大学学报ꎬ２００８ꎬ３０(６):３９￣４２ꎬ６２.ＹＡＮＧＳＱꎬＸＵＳＬꎬＺＨＡＮＧＴ.Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｆｏｒ￣ｍａｎｃｅｏｆＰＴＦＥ/Ａｌｒｅａｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２００８ꎬ３０(６):３９￣４２ꎬ６２.[８]㊀张世林.轴向预制破片战斗部破片飞散特性影响因素分析[Ｄ].太原:中北大学ꎬ２０１２.ＺＨＡＮＧＳＬ.Ａｎａｌｙｚｅｏｎｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｈａｒａｃ￣ｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆａｘｉａｌｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｆｒａｇｍｅｎｔｓ[Ｄ].Ｔａｉｙｕａｎ:ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａꎬ２０１２.[９]㊀孙文旭ꎬ李尚斌ꎬ黄亨建ꎬ等.防护材料对爆炸驱动反应破片的影响[Ｊ].科技导报ꎬ２０１１ꎬ２９(１６):３０￣３４.ＳＵＮＷＸꎬＬＩＳＢꎬＨＵＡＮＧＨＪꎬｅｔａｌ.Ｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｐｒｏ￣ｔｅｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｓｏｎｅｘｐｌｏｓｉｏｎｄｒｉｖｉｎｇｒｅａｃｔｉｖｅｆｒａｇｍｅｎｔｓ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｖｉｅｗꎬ２０１１ꎬ２９(１６):３０￣３４.[１０]㊀才鸿年ꎬ王鲁ꎬ李树奎.战斗部材料研究进展[Ｊ].中国工程科学ꎬ２００２ꎬ４(１２):２１￣２７.ＣＡＩＨＮꎬＷＡＮＧＬꎬＬＩＳＫ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｗａｒ￣ｈｅａｄｍａｔｅｒｉａｌｓ[Ｊ].ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅꎬ２００２ꎬ４(１２):２１￣２７.[１１]㊀时党勇ꎬ李裕春ꎬ张胜民.基于ＡＮＳＹＳ/ＬＳ￣ＤＹＮＡ８.１进行显示动力分析[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２００５.ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＡｘｉａｌＤｒｉｖｉｎｇＲｅｓｐｏｎｓｅＦｒａｇｍｅｎｔｓＺＨＡＮＧＳｈｉｌｉｎ①ꎬＨＵＡＮＧＤｅｙｕ②ꎬＦＡＮＸｕｅｆｅｎｇ①ꎬＷＵＪｉａｎｐｉｎｇ①①７１０ＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＣｈｉｎａＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ(ＨｕＢｅｉＹｉｃｈａｎｇꎬ４４３０００)②Ｕｎｉｔ９５８７４ꎬＰＬＡ(ＪｉａｎｇｓｕＮａｎｊｉｎｇꎬ２１００２２)[ＡＢＳＴＲＡＣＴ]㊀Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｎａｖａｌｇｕｎ ｓａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｅｒｍｉｎａｌｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇａｎｔｉ￣ｓｈｉｐｍｉｓｓｉｌｅꎬａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄａｍａｇｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｔｏｔａｒｇｅｔꎬａｎａｘｉａｌｄｒｉｖｉｎｇｒｅｓｐｏｎｓｅｆｒａｇｍｅｎｔｗａｒｈｅａｄｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ.ＡＮＳＹＳ/ＬＳ￣ＤＹＮＡꎬｔｈｅｎｏｎ￣ｌｉｎｅａｒｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅꎬｗａｓｕｓｅｄｔｏｐｅｒｆｏｒｍｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｆｒａｇｍｅｎｔｗａｒｈｅａｄ.ＲｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｕｓｉｎｇＰＴＦＥ(ｔｅｆｌｏｎ)ａｓｔｈｅｉｎｎｅｒｌｉｎｅｒｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙａｎｄｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓａｌｓｐｅｅｄｏｆｆｒａｇｍｅｎｔｓ.Ｄａｍａｇｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｗａｒｈｅａｄｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ.Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ:ａｆｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇｔｈｅｔａｒｇｅｔｐｌａｔｅꎬｔｈｅｂｕｒｎｉｎｇｆｒａｇｍｅｎｔｓｐｏｓｓｅｓｓｅｓｓｅｃｏｎｄａｒｙｄａｍａｇｅｅｆｆｅｃｔｓｄｕｅｔｏｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎꎬｗｈｉｃｈｉｓｓｕｐｅｒｉｏｒｔｏｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｆｒａｇ￣ｍｅｎｔꎬｂｙｍｅａｎｏｆｔｈｅｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙ.Ｉｔｃｏｕｌｄｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆａｎｔｉｍｉｓｓｉｌｅ.[ＫＥＹＷＯＲＤＳ]㊀ｒｅｓｐｏｎｓｅｆｒａｇｍｅｎｔꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｄａｍａｇｅꎻｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ３５２０１６年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀轴向驱动反应破片的作用过程㊀张世林ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１￣８３５２.２０１６.０４.０１２隧道掘进爆破振动在地表及上部岩体传播特征❋费鸿禄①㊀国志雨①㊀杨智广①㊀曲广建②㊀高㊀英③①辽宁工程技术大学爆破技术研究院(辽宁阜新ꎬ１２３０００)②广州中爆数字信息科技股份有限公司(广东广州ꎬ５１０６７０)③华南理工大学计算机科学与工程学院(广东广州ꎬ５１０６４１)[摘㊀要]㊀为了解隧道掘进爆破振动信号在地表及上部岩体内传播的特征ꎬ以鹤大高速小沟隧道掘进爆破为工程背景进行研究ꎮ对地表部分ꎬ现场监测后利用小波包分析对监测数据进行信号去噪重构处理ꎬ对得到的纯净信号进行时频分析及能量分布研究ꎬ进而得出振动信号沿地表的频率分布规律及能量衰减规律ꎮ对上部岩体ꎬ利用ＡＮＳＹＳ/ＬＳ￣ＤＹＮＡ进行数值模拟ꎬ提取关键点振速ꎬ分析得出开挖与未开挖两侧振动信号在隧道上部岩体内传播过程中的质点振速与能量衰减规律ꎮ为隧道爆破掘进动力响应研究㊁爆破震害评估和爆破设计的改进提供依据ꎮ[关键词]㊀振动信号ꎻ地表及上部岩体ꎻ小波包分析ꎻＬＳ￣ＤＹＮＡ数值模拟ꎻ传播特征[分类号]㊀ＴＤ２３５.１ꎻＯ３８２＋.２引言作为爆破信息的载体ꎬ振动信号的获取与分析始终是爆破工程的重要研究内容ꎬ尤其在当今数字爆破的大趋势下ꎬ振动信号数字化处理与研究对爆破震害的控制㊁爆破施工数字化的实现皆具有重要意义[１]ꎮ信号去噪是爆破振动信号分析的首要步骤ꎮ近年来ꎬ小波包变换取得了快速发展ꎮ小波包分解对低频部分㊁高频部分均可分解ꎬ克服了小波分解的局限性ꎬ比小波分解更为精细ꎮ研究证明ꎬ小波包及其衍生算法[２￣３]能够更准确地提取爆破地震波中不同频带下的振动分量ꎬ更清晰地研究各频带下爆破地震波的时频特征及能量分布特征[４￣５]ꎬ更清楚地揭示爆炸能量的传播及衰减规律[６￣７]ꎬ为现行的考虑质点振速和频率等多指标的爆破振动安全综合判据[８￣９]研究提供精确的数据信息ꎬ为深入研究隧道掘进爆破地震效应对周围环境的振动响应[１０]提供可靠的依据ꎮ利用现场监测与信号处理手段可准确分析振动信号沿地表的分布规律ꎬ但对于地表以下㊁掌子面以上的岩体内部空间ꎬ显然很难进行实地监测ꎬ而工程中往往遇到相邻隧道㊁管沟爆破施工的复杂情况ꎬ使研究振动信号在地表以下空间的传播规律变得十分必要ꎮ所以ꎬ笔者在分析振动信号沿地表衰减规律的基础上ꎬ利用ＡＮＳＹＳ/ＬＳ￣ＤＹＮＡ软件根据工程实际情况进行爆破掘进数值模拟ꎬ提取关键点振速ꎬ分析开挖与未开挖两侧振动信号在岩体内部的振速与能量衰减规律ꎮ１㊀现场监测１.１㊀工程概况鹤大高速小沟隧道[１１]位于吉林通化境内ꎮ在监测范围内ꎬ围岩主要为Ⅳ㊁Ⅲ级玄武岩ꎮ隧道掘进采用光面爆破技术ꎬ为避免爆破振动叠加导致振动过大[１２]ꎬ使用微差间隔不小于５０ｍｓ的导爆管雷管ꎮ根据现场条件ꎬ对处于Ⅲ级围岩区段的隧道掘进使用全断面一次爆破成型ꎻ对处于Ⅳ㊁Ⅴ级围岩使用台阶法施工ꎮ１.２㊀监测方案设计监测点集中于Ｋ５２３＋９６０~Ｋ５２５＋１１０段ꎮ该段围岩主要为强㊁中风化杏仁状玄武岩ꎬ围岩级别为Ⅳ级ꎬ岩体饱和抗压强度Ｒｃ＝６.２ＭＰａꎬ岩石完整系数Ｋｖ＝０.１１ꎬ岩体无断层ꎬ可基本排除地质因素对试验结果产生的影响ꎮ由于研究的是隧道掘进爆破振动在上部地表的响应ꎬ因此ꎬ主要对上台阶爆破引起的地面振动进行监测ꎮ本次试验共进行５组监测(１＃㊁２＃㊁３＃㊁４＃㊁５＃)ꎬ每组监测分别设置５个监测点(Ａ㊁Ｂ㊁Ｃ㊁Ｄ㊁Ｅ)ꎬ各组测点布设位置相同ꎮ如图１所示ꎬ其中Ｂ点位于掌子４５ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４５卷第４期❋收稿日期:２０１６￣０１￣２８作者简介:费鸿禄(１９６３－)ꎬ男ꎬ教授ꎬ博导ꎬ从事工程爆破㊁地下工程教学和科研工作ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｆｅｉｈｏｎｇｌｕ＠１６３.ｃｏｍ通信作者:国志雨(１９９２－)ꎬ男ꎬ硕士ꎬ主要从事地下工程方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:９７０２２２８０３＠ｑｑ.ｃｏｍ㊀㊀(ａ)监测位置(ｂ)监测点的布置图１㊀监测位置及监测点的布置(单位:ｍ)Ｆｉｇ.１㊀Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎｓａｎｄｐｏｉｎｔｓ(ｕｎｉｔ:ｍ)面正上方ꎬ相邻各点水平间距均为１０ｍꎮ１.３㊀监测结果监测共获取５组爆破振动数据ꎬ以第４组为例进行分析(表１)ꎮ该次爆破掘进共使用炸药１０８.０ｋｇꎬ最大一段起爆药量为２３.１ｋｇꎮ将Ｄ点ｙ方向振动信号简记为Ｄ(ｙ)ꎬ以Ｄ(ｙ)为研究对象进行小波包去噪重构处理及时频㊁能量谱分析ꎮ２㊀振动信号的小波包分析２.１㊀小波包去噪本次爆破振动监测仪器采用ＴＣ￣４８５０爆破测振仪ꎬ信号的记录时长为２ｓꎬ采集频率为２０００Ｈｚꎬ其奈奎斯特频率为１０００Ｈｚꎮ用小波包分解法对监测数据进行３层小波包分解ꎬ其二叉树如图２所示ꎮ小波包分解与重构算法[１３]不再赘余ꎮ图２㊀３层小波包分解树Ｆｉｇ.２㊀Ｔｈｒｅｅｌａｙｅｒｗａｖｅｌｅｔｐａｃｋｅｔｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｔｒｅｅ㊀㊀采用ｄｂ８作为基函数ꎬ应用Ｍａｔｌａｂ平台对信号进行小波包分析ꎮ将Ｄ(ｙ)信号进行小波包去噪ꎬ得到的重构信号与原信号进行对比ꎬ如图３所示ꎮ(ａ)Ｄ(ｙ)原信号(ｂ)去噪重构信号图３㊀Ｄ(ｙ)原信号及去噪重构信号Ｆｉｇ.３㊀ＯｒｉｇｉｎａｌｓｉｇｎａｌａｎｄｄｅｎｏｉｓｉｎｇｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｏｆＤ(ｙ)㊀㊀对比可知ꎬ由于低频部分所含噪声信号很少ꎬ所以去噪后变化微小ꎻ大部分的高频噪声信号被过滤表１㊀质点振动监测结果Ｔａｂ.１㊀Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｖｉｂｒａｔｉｏｎ监测点径向(ｘ)振动分量ｖｘ/(ｃｍ ｓ－１)切向(ｙ)振动分量ｖｙ/(ｃｍ ｓ－１)垂向(ｚ)振动分量ｖｚ/(ｃｍ ｓ－１)径向(ｘ)主频ｆｘ/Ｈｚ切向(ｙ)主频ｆｙ/Ｈｚ垂向(ｚ)主频ｆｚ/ＨｚＡ１.０２０.８９１.０７４３.５４７.０７１.４Ｂ１.２９１.３０１.６４８０.０８８.３５６.９Ｃ１.１４１.３０１.２８６７.６６６.７８３.３Ｄ０.６６０.３９０.５５５６.７５７.６６５.５Ｅ０.４００.４２０.４９５６.３５８.０６０.０５５ ２０１６年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀隧道掘进爆破振动在地表及上部岩体传播特征㊀费鸿禄ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀掉ꎬ使高频部分变得相对顺滑ꎮ２.２㊀振动信号时频分析为更加直观地反映振动信号去噪效果ꎬ利用Ｍａｔｌａｂ绘制振动信号Ｄ(ｙ)去噪前㊁后的三维小波包时频图ꎬ图４中ꎬＣ为主振频带能量百分比ꎮ(ａ)去噪前(ｂ)去噪后图４㊀Ｄ(ｙ)信号去噪声前㊁后的三维时频图Ｆｉｇ.４㊀Ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｔｉｍｅ￣ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍａｐｏｆｏｒｉｇｉｎａｌｓｉｇｎａｌａｎｄｄｅｎｏｉｓｉｎｇｓｉｇｎａｌｏｆＤ(ｙ)㊀㊀在去噪后的时频图中ꎬ中㊁高频部分以及０.５ｓ之后区域的信号能量大幅削减ꎬ干扰成分明显减少ꎬ爆破振动信号的能量分布更加集中于低频区域ꎬ可以认为得到了基本纯净的爆破振动信号ꎮ２.３㊀振动信号能量谱分析根据Ｐａｒｓｅｖａｌ定理[１４]ꎬ可得爆破振动信号的能量谱为:Ｐｉꎬｊ＝ʃｆｉꎬｊ２ｄｔ＝ðｎｋ＝１ｘｊꎬｋ２ꎮ(１)式中:ｘｊꎬｋ(ｊ＝０ꎬ１ꎬ２ꎬ ꎬ２ｉ－１ꎻｋ＝１ꎬ２ꎬ ꎬｎ)为ｆｉꎬｊ(ｔｊ)离散点的幅值ꎻｎ为爆破振动信号采集点数ꎮ爆破振动信号Ｓ(ｔ)的总能量Ｐ为:Ｐ＝ð２ｉ￣１ｊ＝０Ｐｉꎬｊꎮ(２)爆破振动信号Ｓ(ｔ)小波包分解到第ｉ层时ꎬ各频带能量占信号总能量的比例Ｃ为:Ｃ(ｎ)＝ＰｉꎬｊＰˑ１００％ꎮ(３)利用Ｍａｔｌａｂ编程求得并绘制振动信号Ｄ(ｙ)去噪前㊁后各频带能量分布规律ꎬ如图５所示ꎮ(ａ)原信号(ｂ)去噪后图５㊀Ｄ(ｙ)信号去噪声前㊁后的能量分布Ｆｉｇ.５㊀ＥｎｅｒｇｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｏｒｉｇｉｎａｌｓｉｇｎａｌａｎｄｄｅｎｏｉｓｉｎｇｓｉｇｎａｌｏｆＤ(ｙ)㊀㊀由图５可知ꎬ信号Ｄ(ｙ)去噪后ꎬ高频部分能量显著减少ꎬ基本为零ꎬ能量分布更加向低频区域集中ꎬ表明振动信号能量主要集中于２００Ｈｚ以内的低频部分ꎮ２.４㊀振动信号沿地表衰减规律分析对各测点振动分量进行小波包去噪重构ꎬ并进行能量谱分析ꎬ得到各振动分量的主频带㊁总能量及主频带能量比ꎬ如表２所示ꎮ表２㊀质点能量谱分析结果㊀Ｔａｂ.２㊀Ａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｅｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｕｍ监测点主频带ｆ/(Ｈｚ)总能量Ｐ/(ｃｍ ｓ－１)２主振频带能量百分比Ｃ/％Ａ(ｘ)７.８~１０５.５９３.６９６６１.９６８Ａ(ｙ)０~１２１.１９２.４５１６９.２３０Ａ(ｚ)２３.４~１４４.５７０.２１７６０.３３７Ｂ(ｘ)７.８~１２５.０１１７.４９２６７.３９６Ｂ(ｙ)７.８~１２１.１１２０.７５６６３.７４０Ｂ(ｚ)０~１１７.２１１２.８９８６１.８８４Ｃ(ｘ)１５.６~１２１.１７４.９６９７０.９５３Ｃ(ｙ)０~５８.６７１.２６４６８.３７４Ｃ(ｚ)０~１２１.１６０.８１８７９.２６５Ｄ(ｘ)７.８~１２５.０４０.９５８７１.７３５Ｄ(ｙ)０~１２５.０４１.８２８８８.４１９Ｄ(ｚ)１５.６~１２１.１２４.１２１８１.９３７Ｅ(ｘ)１５.６~１２１.１３１.３７０８６.９３９Ｅ(ｙ)３.９~１２１.１２８.４３１９０.７５９Ｅ(ｚ)０~１２１.１３２.１８０８９.２０６６５ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４５卷第４期。
爆炸冲击波在坑道内传播规律研究
引 言
式中： Ｐ ； 为 坑道 入 口处 的压力 ， ＭＰ ａ ； ＝
为距 人
常规武 器在 坑道 防护 工程 口部 附近爆 炸产 生 的 爆炸冲击波在坑道 内传播 ， 对坑道 内的人员 和设备 构 成极 大 的威胁 。 以往 进行 防护 工程设 计 与研究 时 大多依 据核 爆炸 冲击 波 ， 这 样 常 规 弹 药爆 炸 在 坑 道 内爆炸 冲击 波 的防护 工 程设 计 缺 少 有 效 的依 据 。
①解放 军理工大学国防工程学院（ 江苏南京 ， ２ １ ０ ０ ０ ７ ） ② 中国人 民解放军 ６ ６ ４ ６ ９ 部队（ 北京 ， １ ０ ０ ０ ４ ２ ）
［ 摘 要］ 为了给坑道 防护工程 防爆 炸空气 冲击波的设 计与研究提供一定的参考依据 ， 收集整理 了国内外 常用 的
计算坑道 口外爆炸产生的坑道内爆炸空气冲击波传播参数 的计算方法 ， 对其进行 了比较 和分析后 给 出了能够较好 描述 冲击波传播规律的计算方法。采 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ａ Ｕ Ｔ Ｏ Ｄ Ｙ Ｎ有 限元软件对某坑道 比例模型试验进行 了数值模拟 ， 将
模拟结果与坑道模 型试 验数 据进行 了 比较 ， 说 明采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ａ Ｕ Ｔ Ｏ Ｄ Ｙ Ｎ有 限元软件进行爆 炸冲击波问题 的数值模 拟是可行的。
［ 关键词 ］ 爆炸 冲击波
坑道
冲击波超压峰值
超压 冲量
数 值模 拟
［ 分类号 ］ ０ ３ ８ ２ ． １ Ｔ Ｑ ５ ６ ０ ． ７
１ ） 工 程 兵 科 研 三 所 的 学 者 针 对 坑 道 内爆 炸 冲 击 波传播 进行 了野 外 爆 炸试 验 Ｊ ， 结 合 国外 研 究 成 果， 提 出了坑 道入射 压力 参数 的计算 方 法 ：
城市隧道口部道路坡度对爆炸冲击波传播特性影响分析
摘
要： 隧道内爆炸冲击波流场及爆炸荷载计算是隧道抗内爆研究和预防恐怖爆炸袭击的首要问题 。针对城市
地下隧道的特点， 采用三维有限元方法计算了地下隧道口部爆炸时隧道内的爆炸流场 ， 分析了城市隧道口部爆炸时隧道 随比例爆 内爆炸流场的特点和道路坡度对爆炸冲击波传播的影响 。研究表明隧道内冲击波冲量随道路坡度增加而增大 ，
第 21 期
宁鹏飞等： 城市隧道口部道路坡度对爆炸冲击波传播特性影响分析
177
射后一部分进入隧道内； 入射角较大时， 发生马赫反 图中可清楚地看到马赫波的形成 。 射，
图 7 给出了隧道口部外道路不同坡度时等效比例 1 /3 2． 0 m / kg1 /3 和 4． 0 m / kg1 /3 三个截 爆距 Z = 0 ． 5 m / kg ， 面中线顶板处的冲击波波形。 由于爆炸冲击波在隧道 在等效比例爆距较小时， 隧道内壁面 壁面的来回反射， 超压波形表现为随时间延长出现多个峰值。 对比冲击 1 /3 波波形可以发现， 在 Z = 0 ． 5 m / kg 时， 各工况的最大 超压峰值均为超压波形第一个峰值， 且大小基本相同。 这是由于在距装药较近距离处， 路面反射冲击波落后 于入射爆炸冲击波，在入射冲击波与隧道壁面相遇时 路面反射 路面反射冲击波尚未到达。 随着时间延长， 冲击波的影响逐渐显现， 超压波形中后续第二个和第 三个峰值均有明显增大。 在等效比例爆距较大， 距离 冲击波超压波形中各峰值均较 α = 0 ° 时有 装药较远时， 所增大。 图 8 给出了各工况时隧道侧边顶板、 中线顶板与 中线底板处超压峰值随比例爆距增大的衰减情况。 各 工况下离爆心较近时， 隧道侧墙与顶板相接角点处冲 击波超压峰值均比同截面其它位置大得多， 这与文献 ［ 7］ 的结论一致。 由于冲击波在隧道内壁面的不断反 射， 随着比例爆距的增大， 隧道同一截面上的超压峰值 即形成平面冲击波。α = 0 ° 和 α = 17 ° 时 逐渐趋于一致， 隧道内 爆 炸 冲 击 波 分 别 在 等 效 比 例 爆 距 Z = 4 ． 6 m / kg1 /3 和 Z = 4 ． 2 m / kg1 /3 处形成平面波， 隧道口部外道 路坡度会造成平面波提前形成。
山岭浅埋隧道爆破地震波传播规律现场试验研究
山岭浅埋隧道爆破地震波传播规律现场试验研究我国75%左右的国土是山地或者重丘。
随着高等级公路的发展,山岭公路隧道的规模日益扩大。
从根除道路病害和保护自然环境的角度看,建设高等级公路隧道是未来发展趋势。
本文通过提取国内外相关文献的信息,阐述工程爆破震动效应的研究现状和存在问题,阐述钻爆基本理论与技术,通过麒麟山大跨度小净距超浅埋且上覆110KV高压转角电塔的隧道工程爆破震动现场试验及利用Matlb7.1自行编程对试验数据分析,着力研究爆破震动波的传播规律。
利用麒麟山隧道工程爆破开挖不仅形成空洞而且形成空洞的先后次序不同,选择左线左侧导洞已开挖,左线右侧导洞正在开挖,其余部分没有开挖的特殊工况下,在横断面地表布置测点进行爆破震动现场试验。
主要得到以下研究成果：(1)满足隧洞爆破效果的前提下,通过掏槽区分段爆破减少最大段装药量,可大幅减弱震动强度,减震前后最大振动速度比为2/3；通过讨论得出,掏槽区、崩落取、周边区爆破时均可能引发最大爆破振动速度,掏槽区爆破并不一定引发最大震动强度,震动强度除了与自由面情况有关外,还与装药量等因素有关。
(2)爆破时空洞正上方具有震动放大效应而离爆源较远处空洞一侧具有震动缩小效应。
离爆源水平距离12m处空洞正上方地表测点最大振动速度是对称个存在空洞地表测点的1.50-1.60倍,离爆源水平距离24m处存在空洞一侧地表测点最大振动速度是对称不存在空洞地表测点0.54-0.71倍。
存在空洞的地段不符合萨道夫斯公式给出的衰减规律,而不存在空洞地段可以利用萨道夫斯公式进行强度预测,且存在空洞的地表测点振动速度比不存在空洞对称测点大,说明空洞上部地表震动有放大作用,而离爆源较远的空洞一侧测点振动速度比不存在空洞对称测点小,说明空洞具有截波减震的作用。
(3)分别选择萨道夫斯基经验公式、修正后日本常用公式、美国矿业局经验公式对爆破衰减规律描述,并进行比较分析,发现萨道夫斯基经验公式和修正后日本常用公式可很好的描述不存在空洞地段地表震动波的传播规律,线性相关系数均达0.98,而美国矿业局经验公式描述时线性相关系数仅为0.83。
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摘 要 ：隧道 内爆炸产生 复杂的爆炸冲击波流场 ， 作用于 隧道衬砌 上的冲击波荷载分析十分 困难 。采用三 维有 限
元 计算方法 ， 对带 端墙 隧道 内爆炸空气 冲击 波的传播过程进行 了数值 模拟 ， 给出了内爆炸产生 的隧道 内冲击波 流场 ， 并与
双 向 开 口隧 道 内爆 炸 流场 进 行 了 对 比 ， 析 了 炸 药 装 药 形 状 、 药 引 爆 位 置 对 爆 炸 荷 载 分 布 的 影 响 ， 分 炸 研究 了 作 用 于 隧 道 衬
ｏ ｅ ｒｓ ｒ ｉｅ ｅ ｋｌａ ）ａｄｔｅｉ ｕｓ ｎｔｅｉｎｒｓｒ ｃ ｆｈ ｎ ｅ ｗ ｒ ａ ａｙｅ ．Ｔ ｅｉ ｕ ｎ ｅ ｆ ｈｐ ｖｒ ｅｓ ｅ（． ．ｐ ａ ｄ ｎ ｐ ｕ ｏ ｈ ｍｐ ｌ ｏ ｎ ｅ ｆ ｅｏ ｅｔ ｎｌ ｅｅ ｎ ｌ ｄ ｈ ｆ ｅ ｃｓｏ ｓａｅ ｅ ｈ ｕａ ｔ ｕ ｚ ｎ ｌ
砌 上的反射 冲击波荷载峰值分 布规律 ， 给出了估计衬砌上反射超 压峰值的公式 。 关键词 ：隧道 内炸 ； 冲击波流场 ； 反射冲击波荷载 ； 衰减规律
中 图 分 类 号 ：０ ５ ． ； Ｕ ５ ． ３４ ５ Ｔ ３ ２ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｃ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ ｉ ｔ ｎｎ ｌｅ ｐｌ ｓｏ ｉ ｕｃ ｄ ａ ｒ ｓ ｏ ｋ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｏ ｎ．ｕ ｅ ｘ ｏ ｉ ｎ．ｎｄ ｅ ｉ ｈ ｃ ｗ ａ ｅ ａ ｉｔ ｉ ｕｔｏ ａ ｆ ｒ ｆｅ ｔ ｄ ｓ ｃ ａ ｅ ｌ ａ ｖ ｎｄ ｄ ｓｒ ｂ ｉ ｎ ｌ ｗ ｏ ｅ ｃ ｅ ｈｏ ｋ ｗ ｖ ｏ ｄ ｌ
振 第 ３ 第 ｌ期 Ｏ卷
动
与
冲
击
Ｖｏ ． Ｏ １３ Ｎ０ １ ０１ ． ２ １
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴ ＯＮ ｌ ＡＮＤ ＨＯＣＫ Ｓ
隧 道 内 爆 炸 冲 击 波 传 播 特 性 及 爆 炸 荷 载 分 布 规 律 研 究
田志 敏 ，邬 玉 斌 ，罗 奇 峰 。
２ ｎ ｔ ｕ ｅ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ Ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｆｔ ｅ Ｃ ｉ ａ Ｅ ｒ ｑ ａ ｅ Ａｄ ｎ ｓｒ ｔ ｎ，Ｈａ ｂ ｎ １ ０ ８ ．Ｉ ｓｉ ｔ ｆＥ ｇ ｎ ｅ ｉ ｃ ａ ｉｓｏ ｈ ｎ ａ ｔ ｕ ｋ ｍｉｉｔａｉ ｔ ｎ ｈ ｈ ｏ ｒ ｉ ０ ０，Ｃ ｉａ ５ ｈｎ
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