乳化炸药水中爆炸冲击波传播规律试验研究.pdf

第2 8 卷第2 期 2 0 1 1 年6 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 8N o ．2 J u n ．2 0 1 1 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 11 ．0 2 ．0 0 1 乳化炸药水中爆炸冲击波传播规律试验研究术 赵根1 ，季2 郑晓宁2 ，王文辉1 ，吴从清1 1 ．长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉4 3 0 0 1 0 ；2 ．青岛海防工程局，青岛2 6 0 0 0 0 摘要在水下工程爆破中，通常采用裸露药包爆破法，进行水下金属构件的切割与拆除、水下可疑爆炸物 的诱爆等，当爆破区域附近有养殖区、野生保护水生物时，就需考虑炸药爆炸产生的水中冲击波影响问题。 对水中冲击波传播规律的公式形式进行了探讨，通过爆破试验以及对监测资料的分析，得到了高能、普通乳 化炸药的水中爆炸冲击波传播规律。 关键词水下爆破；水中冲击波；传播规律；乳化炸药 中图分类号0 3 8 2 ．1文献标识码A文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 1 0 2 0 0 0 1 0 4 E x p e r i m e n t a lI n v e s t i g a t i o no nP r o p a g a t i o nR u l eo fS h o c k W a v eb yE m u l s i o nE x p l o s i v e sU n d e r w a t e rB l a s t i n g Z H A OG e n l ，J IR o n 9 2 ，Z H E N GX i a o ．n i n 9 2 ，W A N GW e n h u i l ，W UC o n g q i n 9 1 1 ．C h a n g j i a n gR i v e rS c i e n t i f i cR e s e a r c hI n s t i t u t e ，K e yL a b o r a t o r yo fG e o t e e h n i c a lM e c h a n i c s a n dE n g i n e e r i n go ft h eM i n i s t r yo fW a t e rR e s o u r c e s ，W u h a n4 3 0 0 1 0 ，C h i n a ； 2 ．Q i n g d a oB u r e a uo fC o a s t a lE n g i n e e r i n g ，Q i n g d a o2 6 0 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t I nt h ep r o c e s so fu n d e r w a t e rb l a s t i n g ，t I l ea d o b eb l a s t i n gm e t h o dw a su s u a l l yu s e dt oc u ta n dd e m o l i s h u n d e r w a t e rm e t a l l i cs t r u c t u r e ，s y m p a t h a t i cd e t o n a t i o no fs u s p i c i o u se x p l o s i v eo b j e c t ，e t c ．W h e nb l a s ta r e an e a rb yt h e c u l t u r ef 1 ．1 ℃aa n dp r o t e c t i o no fa q u a t i cw i l d l i f e ，i tn e e d st oc o n s i d e rt h ef a c t o ro fw a t e rw a v e ．I nt h i sp a p e r ，t h ep r o p a - g a t i o ne m p i f i c Mf o r m u l ao fw a t e rw a v ei sd i s c u s s e d ．T h r o n g ht h eb l a s tt e s ta n da r l a l y s i so nt h em o m t o r e dd a t a ，t h e p r o p a g a t i o nr u l e so fw a t e rw a v eb yh i s h - e n e r g ya n dc o m m o ne m u l s i o ne x p l o s i v e su n d e r w a t e rb l a s t i n ga r eo b t a i n e d ． K e yw o r d s u n d e r w a t e rb l a s t i n g ；s h o c kw a v ei nw a t e r ；p r o p a g a t i o nr u l e ；e m u l s i o ne x p l o s i v e s 在水下工程爆破中，通常用裸露药包爆破法进 行水下金属构件的切割与拆除、水下可疑爆炸物的 诱爆、难以用钻孔法施工的水下建 构 筑物的拆 除、水下局部大块石 或岩礁 的处理等，当爆破区 域附近有养殖区、野生保护水生物、需保护重要建筑 物时，就需考虑炸药在水中爆怍产生的水中冲击波 收稿日期2 0 1 0 一l l 0 5 作者简介赵根 1 9 6 5 一 ，男。江苏海门人，长江科学院、水利部岩 土力学与工程重点实验室教授级高级工程师，博上，主要 从事工程爆破科研、设计、咨询、监测、安全评估等工作， E m “1 w u h z h a o g e n 1 2 6 ．c o m 。 基金项目“十一五”国家科技支撑计划课题 2 0 0 8 B A B 2 9 8 0 1 ；水利 部公益性行业专项经费项目 2 0 0 9 0 1 0 5 3 ；长江科学院基 金项目 Y W F 0 9 1 2 、C K S F 2 0 1 0 0 1 9 的问题，研究水中爆炸冲击波产生的影响以及水中 冲击波传播规律。国内外学者也开展了很多这方面 的研究工作圳，尽管水中爆炸冲击波规律已有经 典的库尔公式，但该公式是根据r I ’N T 炸药的试验成 果得出的，而在实际工程中，水下爆破使用最多的是 防水、抗水性能较好的乳化炸药，因此，进行乳化炸 药水中爆炸冲击波的传播规律试验研究很有必要， 并有重要的实际应用价值。 1 水中冲击波经验公式形式的探讨 在无限水介质场中，炸药爆炸水中冲击波压力 通常按下式计算 万方数据 2 爆破2 0 1 1 年6 月 ‘P K 警 4 1 P 勋。 2 式中P 为水中冲击波压力，M P a ；Q 为药量，k g ； R 为测点至爆源的距离，m ；后、a 分别为系数及衰减 指数；p 为药量／距离的比例系数，P Q ∽／R 。 通过悬挂在无限水域中的- I N T 集中药包爆破 试验，库尔得出了水中冲击波的初始压力峰值经验 公式㈣ P 5 2 ．2 3 Q ∽／R “1 3 3 即 P 5 2 ．2 3 p 1 。1 3 4 式中符号意义同前，P 取值范围为0 ．0 7 8 1 ．5 7 。 ． 根据式 4 ，按P 取值范围，可计算不同的P 对 应的水中冲击波压力P ，见表1 ；P 与P 的关系曲线， 见图1 。 表1 水中冲击波初始压力峰值与p ．p ，关系计算表 T a b l e1T h ei n i t i a lp r e s s u r ep e a ka n dt h eu n d e r w a t e r s h o c kw a v eP ，P ，b e t w e e nc o m p u t a t i o n P P ，P ／M P a P P ，P ／M P a 0 ．1 01 0 ．0 03 ．8 70 ．6 01 ．6 72 9 ．3 3 0 ．2 0 5 ．0 08 ．4 7 O ．8 01 ．2 5 4 0 ．5 9 O ．3 03 ．3 31 3 ．4 01 ．0 01 ．0 05 2 ．2 3 0 ．4 02 ．5 01 8 ．5 51 ．2 0O ．8 3 ．6 4 ．1 8 O ．5 02 ．0 02 3 ．8 71 ．6 0O ．6 38 8 ．8 4 图1 库尔公式水中冲击波压力P 与P 关系曲线 F i g ．1 S c h o o lf o r m u l ai nt h ew a t e rs h o c k p r e s s u r ec u r v eP a n dP 从图1 可以看出，水中冲击波压力P 没有随P 的增大而衰减，反而是增大的，尽管事实上计算结果 并没有错误，水中冲击波压力P 随距离R 的增大而 衰减了，但衰减系数的意义没有直观地体现出来。 这是由于式 2 实际上是幂函数关系，P Q “3 ／R 总 是大于零，当a 0 时，在P 0 的定义域上，水中冲 击波压力P 是呈单调增加的缘故。 如将式 1 中的R ／Q 1 刀定义为距离／药量比例 系数p ，，则式 1 可变换成 P 知_ 。 5 p ， R ／Q 1 力 式中，P ，为距离／药量比例系数，其余符号意义同前。 式 5 也是幂函数关系，P ， R ／Q Ⅳ3 总是大于 零，当一O t 0 的定义域上，水中冲击波 压力P 是呈单调减少的，因此，式 5 能更好地表达 水中冲击波压力P 随P ，或尺增大而减小的含义。 根据式 5 形式，库尔公式 3 可变换成 P 5 2 ．2 3 p P 6 式中，P ，值可根据P ， 1 ／p 进行计算，得到适合库尔 公式的p ，取值范围为0 ．6 4 一1 2 ．8 2 。根据式 6 ，可 计算不同的P ，对应的水中冲击波压力P ，见表1 ； P 与p ，的关系曲线，见图2 。 图2 库尔公式中水中冲击波压力P 与p r 关系曲线 F i g ．2 C o u r ti nt h ef o r m u l ai nt h ew a t e rs h o c k p r e s s u r ec u r v ePa n dP ， 从图2 可以明显看出，水中冲击波压力P 随P ， 的增大而快速衰减，充分体现了水中冲击波压力P 随距离R 增大而快速衰减的变化规律，公式中衰减 系数的意义得到了淋漓尽致的表现。 因此，在今后的水中冲击波压力监测资料分析 中，建议采用式 5 形式进行回归计算。 2 水中冲击波传播规律测试 2 ．1 三亚水中冲击波测试 在三亚某航道清理过程中，利用炸药水中爆炸 诱爆可疑物的机会，进行了了2 次水中冲击波测试。 第1 次的起爆体由3 节塑料外壳包装的高能乳化震 源药柱并列组成，药柱规格为西1 4 5n l i l l 、0 ．5 n ／节、 9 5k g ／节，采用M S l 高精度导爆管雷管起爆，总起 爆药量为2 8 ．5k g ；第2 次的起爆体由上述相同规格 的4 节震源药柱并列组成，总起爆药量为3 8 ．0k g 。 万方数据 第2 8 卷第2 期赵根，季荣，郑晓宁，等乳化炸药水中爆炸冲击波传播规律试验研究 3 起爆药包放置在约2 5 3 0m 的深水处，接近海底淤 泥面。 第1 次爆破时，布置了4 个水中冲击波监测点， 测点与爆炸点的水平距离分别为3 6 1m 、3 8 6m 、 10 0 0m 、1 5 0 0m ；第2 次爆破时，也布置了4 个水中 冲击波监测点，测点与爆炸点的水平距离分别为 3 0 0m 、3 5 0m 、6 0 0m 、10 0 0m 。传感器入水深度均 为1 0m 。 采用T S T 3 1 0 6 、M i n i M a t eP l u s 测试系统，分别进 行实时、高速、大容量数据采集，并通过专用软件进 行资料分析。2 次测试实测水中冲击波数据见表2 。 表2 高能乳化震源药柱水中爆炸冲击波压力测试成果表 T a b l e2 H i g h - e n e r g ys h o c kw a v ei nw a t e re m u l s i o ns e i s m i cc h a r g es t r e s st e s tr e s u l t st a b l e 2 ．2 漳州水中冲击波测试 在漳州水下爆破工程中，为研究水下爆破对附近 养殖区的影响，进行了2 次水中裸露药包爆破试验。 第1 次试验采用0 ．5k g 普通乳化炸药，炸药入 水深度为6m 。在爆破点水平距离1 0 0I n 范围内布 置了4 个水中冲击波监测点，各测点距起爆中心的 水平距离分别为1 3 ．7m 、2 8 ．7m 、4 7 ．0m 、9 5 ．2m ， 传感器入水深度为3m 。 第2 次试验采用1 ．0k g 普通乳化炸药，炸药入 水深度为6m 。布置了4 个水中冲击波监测点，各 测点距起爆中心的水平距离分别为1 4 ．3m 、 3 6 ．7m 、5 8 ．3m 、1 0 9 ．3m ，传感器入水深度为3m 。 采用髑1 3 1 0 6 、M i n i M a t eP l u s 测试系统进行测 试记录，2 次水中爆炸实测水中冲击波数据见表3 。 表3 普通乳化炸药水中爆炸冲击波压力测试成果表 ’ T a b l e 3 O r d i n a r ye m u l s i o ne x p l o s i v eb l a s tp r e s s u r et e s tr e s u l t so fw a t e rt a b l e 3 测试成果分析 3 ．1 三亚水中冲击波传播规律 根据表2 的测试数据，按式 5 的形式进行回 归分析，回归曲线见图3 ，得到高能乳化炸药在水中 爆炸产生的水中冲击波传播经验公式 P 4 3 ．9 0 0 j 1 ’0 7 9 7 式中P 为水中冲击波压力，M P a ；p ，为距离／药量比 例系数，P ， R ／Q Ⅳ3 8 9 ～4 9 1 ；相关系数r 0 ．9 7 2 。 3 ．2 漳州水中冲击波传播规律 根据表3 的测试数据，按式 5 的形式进行回 归分析，回归曲线见图4 ，得到普通乳化炸药在水中 爆炸产生的水中冲击波传播经验公式 P 2 5 ．7 0 p _ 1 啪 8 式中符号意义前，P ， R ／Q Ⅳ3 1 4 ～1 2 0 ；相关系数 r 0 ．9 5 5 。 3 ．3 三亚、漳州水中冲击波传播规律分析 根据三亚、漳州的实测水中冲击波资料，分别回 归得到的经验公式 7 、 8 ，适用于各自的p ，取值 范围。式 7 p ，取值范围大 p r 8 9 - 4 9 1 ，且P ，较 大；而式 8 p ，取值范N 1 J , p ， 1 4 1 2 0 ，且P r 也 较小。如将两条回归曲线放在一起，会是什么结果 呢 见图5 。， 只 图3 三亚实测水中冲击波数据回归曲线 F i g ．3S a n y ar e g r e s s i o nc u r v em e a s u r e d i nt h ew a t e rw a v ed a t a 万方数据 4 爆破2 0 1 1 年6 月 图4 漳州实测水中冲击波数据回归曲线 F i g ．4Z h a n t 弘h o ur e g 阳s s i o nc u r v e so fd a t a m e a s u r e di nt h ew a t e rw s v e 1 ．6 1 ．4 1 ．2 1 ．0 皇0 ．8 O ．6 O ．4 0 ．2 公式是在无限水体中得出的，而三亚、漳州爆破试验 是在有限水深中进行的，冲击波传播边界条件存在 一定的差异。 4结语 ’ 通过三亚、漳州两地4 次水中冲击波爆破试验 监测资料的整理、分析，得到以下结论 1 在水中冲击波传播规律研究中，引入距离／ 药量比例系数P ，，并采用P 杨，“回归公式形式， 能更好地体现水中冲击波压力随距离变化的规律， 衰减系数0 【的意义也能得到正确、直观的表达。 2 分别得到了高能乳化炸药、普通乳化炸药 水中爆炸冲击波传播经验公式，可供类似工程借鉴， 但应注意各自的适用范围。 3 相同药量条件下，炸药水中爆炸产生的水 中冲击波大小与炸药类型有关，如T N T 炸药 高能 乳化炸药 普通乳化炸药。 需要说明的是，由于试验次数有限，乳化炸药品 种又多，得到的乳化炸药爆炸水中冲击波传播经验 公式还需通过更多的试验资料不断加以修正。 参考文献 R e f e r e n c e s 从图5 中发现如将2 条曲线作为一个整体来 b l 鹊n g 伽。n v i m 舳e m 1 [ J ] ．B l 鹊t i n g ，2 0 0 0 , “1 7 3 ； 爆破采用的是高能乳化炸药，而漳州爆破采用的是d e r w a t e r b l 衄f i ．g [ J ] B l a s t i n g ，2 0 0 6 ，2 3 2 9 1 3 i n 苎翌登垡笙要碧矍翟 哩翌戛慧墨乏烹璧 堡炸萼[ 3 ] 葛吴篡’水下工程爆破[ M ] ．北京海洋出版社，1 9 9 2 ． 笔堂垄 岁妻婆譬垄茎曼苎孽銎华竺翌竺查2 要} ；藻篓忑嵩勤秦i 磊蔷；≤巍高。] L 兰菠磊；矗 外，如将三亚、漳州爆破试验得到的水中冲击波经验 。。莘裹桑蔷蕞鞋。，l 茹2 ⋯_ ⋯“。一⋯⋯⋯’ 公式，与库尔公式相比较，可以看出K 值偏小，分析 [ 5 ] P 库尔．水下爆炸[ M ] ．罗耀杰，译．北京国防工业出 本刊告示 爆破为中国核心期刊 遴选 数据库、中国期刊网 、中国学术期刊 光盘版 、 中文科技期刊数据库和“万方数 据数字化期刊群”收录期刊。作者著作权使用费与本刊印刷版稿酬一次性付给。如作者不同意将文章编入，请在来稿时 说明，本刊将另做特殊处理。 ’ 爆破编辑部谨致 万方数据