水下爆炸(理论)

计算：
Pm
K
H0 7r
0.18
1/
R
3
1.13 0.6 0.3
H0 /r h/r
水中冲击波物理参数工程计算
水中冲击波通过后，压力随时间变化关系呈指数衰减规律， 这一规律曲线可表示为
t
P(t) Pme
为衰减时间常数，定义为从Pm衰减到Pm/e所需
4.3.1 爆炸与淤泥
实验表明：在淤泥中爆炸的冲击波传播规律，和水中爆炸很 相似，满足几何相似律。经过数学拟合，整理后公式如下
P
50106
3Q R
0.85
6
106
3Q R
0.12
从公式看出，淤泥中冲击波压力峰值与水下爆炸压力相比， 规律基本相似，但峰值较低。
2007.09~2008.01
特种爆炸技术•水下爆炸技术
水下爆炸的基本现象和基本原理 水中冲击波物理参数工程计算 爆炸处理水下软地基 水压爆破拆除 水中爆炸的爆破器材及起爆方法 水下爆炸的安全防护技术
水下爆炸分类：基于装药和待爆介质之间的位置关 系，水下爆炸可分为接触爆炸和非接触爆炸。
接触爆炸：是以水介质为包覆或覆盖介质，炸药和 待爆介质直接在界面处进行波的传播和能量交换；受水 流和水压等因素影响，因此，打眼、装药和起爆都比较 困难；对介质的破坏规律与常规爆炸技术基本相同，但 爆生气体作用时间有所增长。
4.1.1水中冲击波的传播
1.在药包附近的冲击波传播速度比水中的声速（约为1500m/s） 要大数倍。
2.水中冲击波压力随传播距离而减小。 3.压力波波长随传播距离而增长。
2007.09~2008.01
水下爆炸的基本现象和基本原理
t
P Pme m
m ——指数衰变的时间常数。
4.1.2 爆炸产物的高压气团脉动过程
(2)鼓包形状可以发展得很尖，具有光滑的表面，在顶点附近产生小孔破裂。 鼓包破坏范围较大，这种现象也是流体的特点，其破裂可看成一种流体局 部变薄所致。在炸药附近，没有压缩圈。
(3)可见爆坑漏斗很小，这是由于除去飞出淤泥回落爆坑以外，还由于淤泥 流动性很大,爆坑四周的淤泥由于重力的影响也往坑内回淤。
(4)鼓包和爆坑基本满足几何相似律。
k1
3
1/ 3 R
在水中爆炸的规则反射区，冲击波的持续时间为 2H 0h
R•c
在水中爆炸非规则反射区，冲击波的持续时间为
1.2h r•c
H H0
4.3 爆炸处理水下软地基
由于淤泥强度很低，不能承载，在其上的构筑物易遭受滑坡 破坏；这些事故多发生在未处理地基直接抛填石料所致；因此， 淤泥地基必须加以处理。
反射波对气团的作用
水底爆炸：如同装药在地面爆炸一样，将使水中冲击波的压力增高。对
绝对刚体的水底，相当于2倍装药量的爆炸作用。实验表明，对砂质黏土 的水底，冲击波压力增加约10%，冲量增加约23%。
水中障碍物：它对气泡的运动影响很大。气泡膨胀时，近障碍物处的
水的径向运动受到阻碍，气泡有些离开障碍物的现象；但是，当气泡 不大时，气泡内腔处于正压的周期不长，这种效应并不显著。当气泡 受压缩时，近障碍物处的水的流动受阻，而其他方向的水径向聚合流 动速度很大，因此气泡朝着障碍物方向运动，即气泡像是被引向障碍
水下非接触爆炸：大多指的是以水为传压介质的爆 炸。水为传压介质是因为水的可压缩性较小，所消耗的 变形能很少，传压效果好，而且使用方便、便宜。这种 非接触爆炸又可分为有限水域和无限水域两种。
4.1水下爆炸的基本现象和基本原理
药包在水中起爆，炸药爆轰后首先在炸药内传播爆轰 波。当爆轰波传到炸药和水的界面时，在水中形成冲击波。 水中冲击波初始压力比爆轰波的压力约小30～35%。爆炸 产物向外膨胀，将能量传递给水，水再将能量传递给待爆 介质。
物。再一次脉动时，就可能对障碍物作用引起破坏。 。
在大规模水下工程爆破时，有时还会形成大量的岩块或土体以滑坡 形式突然倾入水域中，造成巨大涌浪，当遇到港工或水工建筑物时，涌 浪前进方向受到阻挡，引起附加水压力，并有可能翻过建筑物顶部向下 游宣泄，造成事故。在水下工程爆破特别是水底大药量爆破时，将会产 生强烈的地震波，受水介质影响，地震波的衰减较陆地慢，因此水下爆 破地震效应比陆地同量级的岩土爆破要大，地震震动影响范围比陆地要 大，因此在水下爆破工程设计中要进行防地震效应的设计计算。
4.2 水中冲击波物理参数工程计算
水下冲击波峰值压力公式为：
Pm
K
1/
R
3
在距爆源足够远处，对＜100MPa的水中弱冲击波，符合声学近 似规律，此时水中冲击波超压随距离呈线性衰减，即
Pm P0 R ' Pm' P0 R
当水中爆炸的药包中心处水深小于7倍药包半径r时，爆炸能量
通过水面向空气中耗散，水中冲击波峰值压力明显减小，可用下式
淤泥的一个重要特性是粘性，粘性力随应变率增加而加大，根 据实验，粘性力与应变率呈非线性幂指数的关系，并可表达如下
f
在爆炸条件下，粘性力只有6～8KPa，相对于冲击波强度而言，淤泥 的粘性是可以忽略的，即使在这种情况下，粘性力也小于淤泥的剪切强度， 因此淤泥的爆炸特性与水相似。
(1)淤泥与土岩介质不同，爆炸空腔不产生裂缝，具有流体特点。
气团脉动时，水中将形成稀疏波和压力波。稀疏波的产生与每一次 气团压力达到最大值相应，而压力波的产生则与每一次的压力最小值相 应。在深水里，气团第一次脉动所引起的最大压力不超过冲击波压力的 10～20%。气团脉动的周期为毫秒量级以上。
4.1.3 反射波对气团的作用
反射波对气团的作用使它发生变形，气团形状可能显著地不同于 球形，特别是当爆炸发生在靠近表面时变形更甚。在具有自由表面 的有限水域条件下，还显著地表现出气团的上浮性和爆生“喷泉”。 气团不再是静止的，它一方面脉动，同时还朝着自由表面移动。当 装药在足够深的水中爆炸时，气泡在到达自由面之前就被分散和溶 解，这时水面上就没有喷泉出现。
4.3.2 爆炸排淤填石法与机理研究
爆炸处理水下软基采用置换法，即用爆炸方法开沟，抛填堆石的 工艺。爆炸排淤填石法实际上是一种瞬态置换法。
在大厚度淤泥的工程实践中，当炸药埋深达不到要求时，起爆后，爆 坑底部尚有一层淤泥，通过实践检测"石舌"并不到底。随后抛石体也可能不 落底，但是爆炸排淤填石法是一个堤头反复循环爆炸排淤的过程。爆炸能 量可引起堆石体下地基的振动，根据目前测量，每次振动加速度约20g，周 期为0.05～0.ls，经过每次这样的振动都可将一部分淤泥从侧向挤出。从海 军防波堤的最后检测看，堆石体都能基本落底。