水底对浅水中装药爆炸效果的影响.pdf

第 “ 卷第 期 ““ 年 月 爆破 “513 “ / 和 R 处的压力时程曲 线。 图中 ,之前的压力变化过程就是前驱波作用的 结果。 分析实测波形， 受前驱波影响的测点较多。 分析不同水底介质、 近水底爆炸的实测结果可 知 当前驱波作用于直达波波头的情况下， 前驱波中 形成最高的压力值； 其它情况下， 前驱波的振幅比较 小， 可忽略不计。表 分别是软泥水底与软泥夹石 水底实测波形的前驱波压力峰值部分统计结果。表 万方数据 中介质 是软泥夹石水底统计结果， 介质 “ 是软泥 水底的统计结果。 表 中的 “ 、 、 单位均为 。 “ 、 的值 如图 所示， 分别为测点处测到的前驱波压力幅值、 测点处的峰值压力； “ ； ’ 为把 作为 入射波波阵面压力时， 测点处装药爆破能量利用比 率； ’为把 作为入射波波阵面压力时， 测点处装 药爆炸能量利用比率。 从表 中可以看出， 当 ’ “ *“’、 *、 ,,-、 ’“ -“ 时 ） 所有有前驱波作用的波形均发生在近水底的 测点处。对于软泥水底介质， 当测高稍微增加时， 前 驱波所引起的压力升高便不十分明显。 “） 部分 ’计算数据大于 ， 这是不合理的； 而 与之对应的 ’的计算结果却是合理的。 这是把 作为入射波波阵面压力， 以此为依据计算装药能量 利用比率的结果。 因此， 分析入射波波阵面压力时， 应将实测的峰值压力减去前驱的压力幅值。 ）“一般在 . - 之间， 最大可达“ 。 对软泥夹石水底介质， “/ 的值一般在 “’0 . ’0 之间， 最大可达 ’0； 对软泥水底介质， “/ 1 的值一般在 0 . “0 之间， 最大可达 “’0。 由此 可见， 软泥夹石水底介质条件下， 前驱波对压力的影 响更明显。 由 “） 、 ） 可看出 前驱波对压力的影响比较明 显。这说明， 前驱波所造成的压力升高值不可忽视。 表 前驱波部分数据统计 介质“*,-““/ ’’ .’.*..,*.-.-.“,..“ .-.*..,*.-..“..., .“’.*..**.“.’.*.’ .-.“’.,-.***.“.“.,“.“,. “.’.*.,-“.*.-“’.-..’“. “.-.*.,-.,“.““..’.,.- “.“’.*..,“.“..,..-’ “.“’.*..’“....’.*- 图 前驱波对压力的影响示意图 （实测曲线） 水底情况对冲击波压力的影响 ［“ / ］ 分析所有的水底反射波波形， 发现水底反射的 波形有 类， 如图 “ 所示。 第一类情况 如图 “ （）（“* 、 “-、, ,-、- “） 所示， 这类 情况为入射波与反射波融合在一起形成马赫波的情 况， 第二类情况， 如图 “ （0）（“* ’、 “-、, 、 - “） 和图 “ （1）（“* ’、 、 , 、- -“） 所示水底反射波与入射波迭 加在一起， 其中图 “ （0） 所示为反射波与入射波迭加 后压力值未超过入射波波阵面压力的情况， 图 “ （1） 所示为反射波与入射波迭加后压力超过了入射波波 阵面压力的情况；第三类情况，如图 “ （2）（“* 、 -’、, 、 - -“） 所示 反射波与 入射波迭加。 对于第二类情况 水底反射波在入射波扰动过 的水中传播， 涉及到入射波与水底反射波的相互作 用。这一类问题比较复杂， 现有理论尚不能解决。 下面对第一、 三类情况进行讨论。 .水底马赫波对冲击波峰值压力的影响 冲击波在水底面上传播时， 反射压缩波是紧随 入射波传播的， 由于反射压缩波是在入射波扰动后 的介质中传播， 其波速大于冲击波水底方向的分速 度。在距爆心一定距离之外， 反射波追上入射波， 并 与入射波相融合， 形成马赫波。这种作用使水底附 近测点的压力大于无限水介质中相同点的压力。不 同介质水底附近测点， 受水底马赫反射作用的冲击 波峰值压力列表 “ 中。 ,第 “ 卷第 期顾文彬等水底对浅水中装药爆炸效果的影响 万方数据 表 实测马赫波影响的部分冲击波峰值压力统计表 介质““““’’ 软 泥 ““ “““ “’ ’ ’ *’ *“*’“* “’ “ “, ’“ ’’ * *’“ “ “““ “ ’ ’ * **’’“* “ “““ “, ’, ’, , ’“ 均值 ’“ 夹 石 软 泥 ““ “““ “, ’ ’ , *’“ “’ “““ “, ’ ’ *, *“*’’“ “ “““ “ ’ ’ *, **’’“ “ “’ “’’’’ * *’“* 均值 ’“ 图 水底反射的几种情况 表 “ 水底反射波与入射波峰值压力对比 介质““““’ ’ 软 泥 ““ “ “ ’ ’“* “’ “ “’’’’““* ““ “ “’’’““, 夹 石 软 泥 “’ ““’ “,’’’’“ “ “ “’’’ ’““,“ , ““ “ “, ’, “’’*“ 表 中， ’和 分别为马赫波作用下的冲击 波峰值压力和无限水中相同测点的冲击波峰值压 力， 其单位均为 -./。 从表 中可以看出 当 ““ “、 “ “ * “““、 “’““,、 ’“ ’“ 时， 对于软泥和夹石软泥介质水底， 马赫波作 用使得近水底测点冲击波峰值压力增高 对软泥水 底介质和夹石软泥水底介质， 实测统计结果表明， 马 赫反射使冲击波峰值压力等于相同装药无限水介质 中、 相同比例距离处压力的 ’“* 至 ’“ 倍， 即这两 种水底介质引起的马赫反射效应基本相同。 *水底介质对冲击波峰值压力的影响 两种不同水底介质作用下， 部分测点水底反射 峰值压力值列于表 * 中， 表中， ’ ， 分别为实测入 射波阵面峰值压力和反射波峰值压力， 其单位为 -./。 分析表*可知， 软泥介质 ’的平均值为“*， 夹石软泥介质 ’的平均值为“*。 即 对于软泥 水底介质， “““’、 ““““、 “’ “ “、 ’“’时， 反射波峰值压力约 占入射波峰值压力的 *“； 对于夹石软泥底， ““ “、 ““’“““、 “’““,、 ’ “’反射波峰值压力约占入射波峰值压力 的 *， 则夹石软泥介质对冲击波的反射作用比软 泥介质对冲击波的反射作用要强。 分析实测数据还 可知道， 不论是软泥水底， 还是夹石软泥水底， 反射 波的时间衰减常数均比入射波的时间衰减常数小。 即与入射波相比， 反射波的衰减要快。 **水底反射稀疏波对测点压力的影响 通常装药浅层水中爆炸时， 水底在冲击波作用 下发生快速的弹塑性变形， 与此同时产生反射稀疏 波向水中传播。对于水底的测点， 稀疏波使冲击波 峰值压力下降， 同时使冲击波的衰减规律发生变化； 对于水面上， 近水面测点， 将使冲击波波形产生 “截 断” 。下面就试验中观测到的、 水底稀疏波引起的、 水底切断现象进行分析。 在图*中， ,’ 、 , 为实测波形切断作用起点时间， ,* 、 , 分别为切断作用终点时间。 表 中的 ,“为冲击 波到达测点的时刻； ,-为根据线性理论计算的、 水面 稀疏波到达测点的时间。 部分既有水底、 又有水面切 断现象的测点切断起始时间列于表中。 表为水底 反射稀疏波与水面反射稀疏波到达测点的时间、 水 底中心稀疏波与水面中心稀疏波在测点处的作用时 间。 表 与表 中时间单位均为0。表、 表 两表 中， 编号为 ’、 、 *、 所对应的数据， 与图 * 中的曲线 （/） 、（1） 、（2） 、（3） 分别相对应。 分析表中的统计数据可知 ’） 只有 , . , “数据接近于 ,- ，, ’ . , “数据与 ,- 相差较远。 说明， 与 ,’时刻所对应的切断现象相比， ,时刻所对应的切断现象， 其稀疏波到达测点的时 间与线性理论计算得出的水面稀疏波到达测点的时 间较相近。 由此可以判断 ,应为水面稀疏波切断作 用开始时刻； ,’时刻所对应的切断现象应为水底稀 疏波所造成的切断现象。 ,’ / , 说明 水底稀疏波所 造成的第一次切断现象发生在水面切断之前。 “,爆破““* 年 ’ 月 万方数据 表 切断作用时间表 “ 编号“““““ ““’’““’**’’*’“ ’““**“’“ ’’’“**’*“ ’““““*’’’“““ “’’“*’’’“““ ’““““’’’* *““’“*’“““ ） ’ “ ’ ， 且 “时刻所对应的切断现 象均未将波形削减到 。 说明 水底稀疏波切断作用 时间比水面稀疏波切断作用时间短。 水底反射稀疏 波未将直达波的压力削减到 ， 说明水底反射稀疏 波幅值较小。 再次证明 “时刻所对应的切断现象确 为水底稀疏波所造成。 表 切断作用时间表 编号“““““ ’ ’ ’ ’ ““’’““’“’“ ’““**““’“’ ’’’““*““ ’““““’“““ ） 从图 和表 可以看出 若不考虑自由水面 效应， 仅有水底稀疏波的影响， 测点处正压作用时间 和水下爆炸冲击波的冲量几乎没有改变。 水底介质对比冲量的影响 表 ’ 列出了 种不同水底介质， 部分有水底反 射的， 测点的入射冲量与反射冲量统计表。 表 水底反射冲击波的冲量统计 介质““““***, * 软 泥 ’““*“ ’“* “’“ ““““ **’““ “““*“ ’’ 夹 石 软 泥 ““’““““ ’“’“*““ “**’ ’““““ ’’“““ “’’“““ ** 表 ’ 中， * 、 * 分别为入射波、 反射波的冲量， 其 单位为 ,-./。 由表’可知 软泥介质水底情况下， --“、 -’““-、 -““- 、 “-“-“ 时， *, *的均值为 -； 夹石软 泥介质水底情况下， --’、 -“““ -’、 -““-’、 “-*“-“ 时， *, *的 均值为 -’。 则在夹石软泥介质水底情况下， 反射 冲击波对比冲量的影响较大。 结论 可见装药浅水中爆炸， 水底对爆炸效果的影响 因素多方面的， 水底前驱波、 水底马赫波、 水底反射 冲击波、 水底反射、 水底交射稀疏波均对浅水中爆炸 效果有影响。研究表明 “） 水底前驱波对冲击波的压力影响较大， 尤其 是在水底介质为软泥夹石时， 前驱波对冲击波的压 “第 卷第 期顾文彬等水底对浅水中装药爆炸效果的影响 万方数据 力影响更大， 所以不同的水底介质对前驱波作用的 大小有很大的影响， 在考虑前驱波的作用时要结合 水底的介质进行。 ） 水底介质情况对水底反射冲击波峰值压力和 比冲量均有较大影响。针对不同的水底介质， 在相 同的入射冲击波作用下， 其反射冲击波峰值压力和 比冲量不同。 图 “ 有 种切断现象的几种典型波形 “） 水底反射稀疏波对冲击波波形的切断作用可 不予以考虑， 根据实验结果， 在没有自由面的情况 下， 水底稀疏波对正压作用时间和水下爆炸冲击波 的冲量几乎没有什么影响。 参考文献 ［］ 张鹏翔， 顾文彬，叶序双等浅层水中爆炸冲击波切断 现象浅探 ［］ 爆炸与冲击， ， （“） ’ ［］ 库尔 水下爆炸 ［*］ 罗杰译， 北京 国防工业出版 社， , ［“］ 叶序双爆炸作用理论基础 ［*］ 南京 解放军理工大 学， ［-］ 顾文彬装药浅层水中爆炸冲击波特性实验与数值模 拟研究 ［.］ 南京 解放军理工大学， （上接第 - 页） -安全检验 因本次爆破属聚能裸露爆破， 一次爆破药量小， 故不对飞石、 爆破振动进行安全检验， 而只对由爆破 引起的空气冲击波进行安全检验。 根据爆破空气冲击波安全距离计算公式 ［“］ “ ， / 这里 “ “, 01， 当玻璃偶尔破坏时取 “ ， 有 “ , / 而且爆破处于防护状态， 所以说， 距爆源 / 处 的厂房玻璃是安全的， 对其他设施也不会有任何影 响。 2爆破效果 聚能切割爆破后， 切割缝处未见有明显损伤， 但 裸露炮轰击后， 均沿切割缝处断裂， 说明聚能爆破是 有效的， 也起到了降低裸露炮药量的目的。爆破施 工过程中， 除声响较大外， 未发生空气冲击波导致的 事故， 整个设计是合理的、 可行的。 参考文献 ［］ 龙维祺 特种爆破技术 ［*］ 北京 冶金工业出版社， “ ［］ 陈华腾爆破计算手册 ［*］ 沈阳 辽宁科学技术出版 社， ［“］ 刘殿中工程爆破实用手册 ［*］ 北京 冶金工业出版 社， 爆破“ 年 月 万方数据