水下炮孔爆破不同方向的水中冲击波传播特性研究

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1、水下炮孔爆破不同方向的水中冲击波传播特性研究..第卷第期爆破年月.:./..?...术水下炮孔爆破不同方向的水中冲击波传播特性研究柴修伟,梁开水.武汉工程大学环境与城市建设学院,武汉;.武汉理工大学资源与环境工程学院,武汉摘要:水中冲击波对水中的构筑物具有很大破坏作用,研究水击波的特性对水中兵器、舰船等方面具有很大的军事意义,对于民用水下工程爆破的安全使用和推广也具有指导意义。采用/?有限元软件建立简化的水下台阶爆破数学模型,探索和分析其在不同方向上的传播衰减特性。结果显示:水中冲击波的衰减规律具有方向性,在垂直水底方向水中冲击波压力衰减最快,其次是平行于坡顶线方向,最

2、小抵抗线方向的水中冲击波压力衰减是最慢的。关键词:水下台阶爆破;水中冲击波;衰减方向性;/?中图分类号:.文献标识码:文章编号:???‘.,..,,,;.,,,:,,./..,,.:;;;/炸药在水介质制约的环境中爆炸,部分爆轰能程建设、水利设施的修建,人们对水下工程爆破的安量传递到水介质中会产生水中冲击波,相比于空气全使用和破坏特征日渐关注,对水中冲击波的传冲击波,水中冲击波具有峰值压力大、作用时间短、播衰减特性进行了相应的研究和探索。传播速度快的特点,因此水中冲击波对水中的构由于爆炸产生的破坏效应大,研究过程遇到的筑物具有很强的破坏作用。目前,关于水中冲击波困难都相

3、对较多,目前多采用/、的研究多出现在水中兵器的破坏效应.,舰船结等有限元数值模拟软件,或者现场小模构的抗爆破坏能力等军事研究。随着水下民用型实验等手段探索水中冲击波的破坏特性和传播衰爆破工程的应用逐渐广泛,如航道拓深加宽、码头工减规律。对水下炮孔爆破过程中炸药爆炸经过岩石破碎过程后,溢出的爆轰能量所产生的水中冲收稿日期:一?作者简介:柴修伟一,男,安徽毫州人,讲师、博士,爆破工程击波在不同方向上的传播衰减规律,采用/及安全技术,..。基金项目:武汉工程大学科学研究基金项目资助?有限元软件建立简化的水下台阶爆破数爆破年月学模型探索和分析其传播衰减特性。模型计算主要涉及的材

4、料有炸药、水、岩石种,材料的计算模型和参数如下:水中冲击波基本方程岩石和混凝土采用各向异性弹塑性模型水中冲击波参数的计算是相当复杂的,但水中模拟炸药在岩石中或混凝土中的爆炸问题,可以选用?材料模型库内的各向异性弹塑爆炸和空气中爆炸一样,也存在着爆炸相似律。通过质量守恒、动量守恒和能量守恒大流体介质的性模型¨。基本方程,得到水中冲击波的基本方程。炸药本构状态方程?一曰一式中:,,,:,为材料常数;为压力;为相/.对体积;。为初始比内能。水的状态方程一一寺水是流体,由特定的状态方程来描述,一般采用式中:、。、。、“。分别为未扰动水的压力、密度、内状态方程,其形式如下¨:能和

5、质点速度;、、、分别为冲击波阵面通过后的压力、密度、内能和质点速度;水中冲击波阵面一一争】速度。????????????????????????南,】水下台阶爆破数学模型//一台阶爆破由于存在个自由面,岩石的破碎效果式中:为压力;为剪切~压缩波速曲线截距;、比较好,水下工程爆破多采用创造自由面的方式形成:、,为剪切一压缩波速曲线斜率系数;。为台阶爆破。为了便于研究和建模,对水下台阶爆破的常数;。为初始比内能;。为材料密台阶要素进行理想化的处理,并仅建立一个/炮孔度、材料初始密度。的台阶模型计算。整个模型大小为××,台阶高度.,台阶上水层深.//,台阶前水计算结果及分析层

6、深.,台阶下岩层厚.,孔径选用,炮孔深度.,最小抵抗线.,装药长度.数值计算结果.,堵塞长度.,采用水介质堵塞,采用耦合在台阶爆破中,最小抵抗线方向是爆轰能量释装药,装药密度系数为.。建模时采用.?单放的主导方向,岩石最易破坏,余下的爆轰能量也主位,计算时间为。考虑到炸药产生的爆轰能要从最小抵抗线方向溢出。鉴此特点,将重点研究量会以地震波的形式在基岩中传播,并由于基岩一最小抵抗线方向、平行于台阶坡顶线方向和垂直水水界面的反折射溢到水中产生基岩一水冲击波,模面方向的衰减规律,并对其各自传播衰减特性进行型底部是.厚的岩石,如图所示。采用对称比较。边界、无反射边界等人工边界条

7、件来减小计算模型通过条形药包的动光弹和动云纹试验的研究及大小,减少计算机的计算时问和提高计算精度。土中压力波测试的对比分析结果,线性起爆的条形药包应力波阵面形状呈轴对称分布,但波阵面上的应力强度并不是均匀分布的,而是药包中部径向的应力强度最大,向端部延伸时逐渐下降。因此以条形药包中心水平上的单元,,为原点,研究水中冲击波沿最小抵抗线方向、平行于台阶坡顶线方向和垂直于水底方向个方向上的传.播特性和衰减规律,图是.时刻的水中冲击波应力云图和典型的水中冲击波波形。图计算模型尺寸示意图单位:.:以单元为始点,分别沿台阶最小抵抗线方向、平行于台阶坡