坑道内冲击波冲量传播规律的试验研究.pdf

爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 6 卷第3 期 坑道内冲击波冲量传播规律的试验研究 李秀地郑颖人郑云木 后勤工程学院建筑工程系 重庆，4 0 0 0 4 1 辛凯 洛阳水利工程研究所 河南洛阳，4 7 1 0 2 3 [ 摘要] 为获得坑道中冲击波冲量的传播规律，共进行了2 0 次坑口外装药比例模型爆炸试验。模型坑道为等截 面钢筋混凝土直墙圆拱结构，截面积为o ．6 7 m 2 ，T N T 炸药的装药量范围为1 0 0 0 9 ～4 6 0 0 9 。用压力传感器记录了坑 道中的冲击波波形，分析了实测的冲击波波形和冲击波冲量的传播规律，由实测数据拟合出了装药在坑口外爆炸 情况下，冲击波冲量沿着等截面直坑道传播的工程经验模型。算例分析表明，该文提出的冲击波冲量工程经验模型 具有一定的应用价值。 [ 关键词] 爆炸力学冲击波冲量比例试验坑道 [ 分类号] 0 3 8 2 1引言 当装药在坑道出入口附近爆炸时，会在坑道中 产生峰值压力较高而持续时间较短的冲击波并向内 传播，对坑道中的防护门等防护设施构成严重威胁。 当装药与目标的距离较近时，冲击波的荷载往往表 现为冲量型荷载。因此，建立能够预测坑道中冲击波 冲量的工程经验模型具有重要意义。 人们通常是在一系列模型试验得到的经验数据 的基础上，对冲击波的冲量进行估计。J ．R ．B r i t t [ 1 ] 对直径约3 0 c m 、厚O ．9 5 c m 的钢管进行了爆炸试 验，药量范围为1 1 3 9 ～9 0 7 9 ，以实测数据为基础拟 合出了装药口外爆炸情况下坑道中冲击波冲量传播 的工程经验模型；C ．R ．W e l c h [ 2 ] 对内径为2 4 ．3 c m 的钢管模型坑道进行了爆炸试验，但尚未见到关于 这次试验冲击波冲量拟合工程经验模型的报道；瑞 士L S2 0 0 0 设计手册[ 3 ] 可以确定口外爆炸情况下坑 道中的冲击波冲量，供一般设计人员使用十分方便； 何翔等“3 对净跨为o ．6 m 、净高为1 ．o m 的直墙圆拱 钢内模坑道进行了爆炸试验，也提出了口外爆炸时 冲击波冲量传播的工程经验模型。然而，人们目前对 冲击波在坑道中传播规律的认识，仍不能较好满足 防护门等防护设施防护设计和研究的需要[ 5 ’6 ] 。因 此，有必要对此问题作进一步研究。 2 试验部分 试验时，爆炸源在模型坑道出入口外附近爆炸， 利用安装在坑道侧墙上的压力传感器捕捉坑道中的 冲击波信号。冲击波信号经传输电缆传给信号适配 器后，由数据采集及处理系统记录，见图1 所示。 爆炸源 y 吒 一、， 传输电 T 。I 传感器 T ； 缆L 一信号适配器卜 数据采集及处理系 图1试验原理不意图 2 ．1 坑道模型 试验用的模型坑道是先在地面分段浇筑直墙圆 拱钢筋混凝土单元，自然养护成型后再吊装到地面 以下预先开挖的沟槽中。每个直墙圆拱单元长度为 o ．5 m ，壁厚为o ．2 m ，截面积为o ．6 7 m 2 ，并在其上预 留吊环。在靠近口部的几段单元中加2 ．O ％的钢纤 维，以提高坑道的抗爆能力。为保持模型坑道在爆炸 I n f I u e n c eo fM a g n e t i cF i e I do nt h eF i r eT r a n s m i s s i o ni nG a sE x p l o s i o n L iJ i n g C o l l e g eo fm e t a l l u r g ya n dr e s o u r c e ，A H U T A n h u iM a ’a n s h a n ，2 4 3 0 0 2 [ A B s T R A C T ]O nt h eb a s i so fe x p e r i m e n t ，t h ei n f l u e n c eo fm a g n e t i cf i e l do nf i r et r a n s m i s s i o ni ng a se x p l o s i o n w a si n v e s t i g a t e d ．T h er e s e a r c hr e s u l ts h o w st h a tt h ei n f l u e n c eo fm a g n e t i cf i e l do nf i r et r a n s m i s s i o ni ng a se x p l o s i o ni so b v i o u s ，t h ef l a m ep r o p a g a t i o ns p e e di nm a g n e t i cf i e1 di sm u c hh i g h e rt h a nt h a ti np l a i nt u b e ，a n dt h e s t r o n g e rt h ei n t e n s i o no fm a g n e t i cf i e l d ，t h eg r e a t e rt h ei n f l u e n c e ． [ K E Yw O R D s ]m a g n e t i cf i e l d ，g a se x p l o s i o n ，f l a m ep r o p a g a t i o ns p e e d 万方数据 2 0 0 7 年6 月坑道内冲击波冲量传播规律的试验研究李秀地等 试验过程中的稳定性和密封性，用大量的土袋对坑 道进行了覆盖。试验时，模型坑道两端一般都是开口 的，但少部分试验对坑道末端进行了封闭。 2 ．2 试验量测设备 选择了C Y G 型固态压阻压力传感器捕捉压力 信号。根据量程预报，传感器的量程分别为5M P a 、 2M P a 、1M P a 、0 ．5M P a 和0 ．1M P a 。整个模型坑 道共布置5 个测试位置，距离坑口的距离为2 ．2 5 ～ 8 ．2 5 m 。每个测试位置布置3 个不同量程的传感器， 均位于坑道一侧墙面上。传感器用水泥浆粘牢在坑 道侧墙的预留槽内，并确保传感器的压力感受面与 坑道内壁平齐，见图2 所示。 ＼ 7 、钧 3 ＼ l 一坑道结构；2 一传感器；3 一传感器引线 图2 传感器的埋设原理示意图 使用集数据采集、分析、结果输出为一体的 C S 2 2 1 2 5 动态测试分析仪作为数据采集及处理系 统。信号适配器为C S 一1 型动态应变放大器。由于试 验的环境较为恶劣，信号传输对电缆线的绝缘性、抗 冲击性、电磁屏蔽性等方面的要求较高。因此，信号 传输电缆采用带金属屏蔽的低噪音四芯电缆。 2 ．3 爆炸源 一共进行了2 0 次坑口外装药爆炸试验。爆炸源 为由单块质量为2 0 0 9 的制式块状T N T 炸药近似 组成的集团装药。装药量范围为1 0 0 0 ～4 6 0 0 9 ，用铜 壳8 号电雷管起爆炸药。每炮的装药位置在坑道底 板水平上或坑道截面的中心处。 3 试验结果 3 ．1 实测的冲击波波形 从实测的冲击波波形来看，除了靠近爆源的头 一组传感器波形往往较为混乱外，其它位置传感器 实测的波形一般较为规则。图3 是一端封闭坑道中 距口部不同位置处实测的典型冲击波波形。因此，本 次试验实测波形规整，数据可靠，为下一步测试数据 的处理打下了良好基础。 可见，坑道中的冲击波波形与自由大气中理想 冲击波的波形不同在压力达到最大峰值前，往往还 b d a z 3 ．7 5 m I b o 5 ．2 5 m ； c o 6 ．7 5 m ； d z 8 ．2 5 m 图3 实测典型冲击波波形 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 6 卷第3 期 会出现短暂的少量波峰；在压力达到最大峰值后，波 形呈明显的锯齿状衰减。这显然是坑道内壁的约束 作用使大量波形叠加的结果。这将导致坑道中的冲 击波压力衰减得较慢。随着传播距离的增加，冲击波 的峰值压力逐渐衰减，而波形正相持续时间也随之 拉长。冲击波持续时间的拉长，实际上就是在固定的 空间中保持了它本身的长度口] 。 3 ．2 实测的冲击波峰值压力 一般情况下，在距离坑口较近处，冲击波冲量的 测试结果离散性大些，这可能是坑口处的冲击波受 到稀疏波、反射波和绕射波影响的结果。图4 是 2 2 0 0 9 T N T 距离模型坑道口1 m 爆炸时实测的冲击 波冲量。 菖 南 詈 诗 定 霹 岿 到坑道口的相对距礴 肋 图4 实测的冲击波正相冲量 由图4 可见，在本次测试范围内，冲击波的冲量 随着传播距离的增大基本保持为常量。 4 工程经验模型拟合与比较 4 ．1 工程经验模型拟合 由试验拟合的工程经验模型应符合量纲一致， 这样，拟合的工程经验模型才能应用于其他装药和 坑道尺寸的冲击波正相冲量计算。经过比较分析，本 文选取的工程经验模型的形式如下[ 1 ] ，一A C 1 ／3 C 1 ／3 胚1 ／2 1 ／2 A ／声o B 1 式中J 冲击波正相冲量，M P a m s ； C T N T 等效装药量，k g ； S 坑道截面积，m 2 ； p ；坑道入口处的压力，k P a ； 户o 大气压力，k P a ； A 、B 系数，由试验的实测数据确定。 由于本次试验未对坑道入口处的压力进行直接 测试，公式拟合时所用的A 是实测压力拟合公式， 计算结果按指数衰减规律外推得到的。 由以上拟合得到的系数A 、B ，可得到经验公式 为 j O ．1 C 1 ／3 C 1 ／3 ／S 1 ／2 1 7 2 p i ／夕o o 5 2 式中符号意义同前。 4 ．2 工程经验模型比较 用本文拟合的工程经验模型 2 及其他方法，分 别计算了本次试验模型坑道中的冲击波正相冲量， 计算结果见图5 所示。 目2 0 0 一 a l ＼ 契1 0 0 譬 荽 ≮ 棚 定 莒 姜 一 殳 0 工程兵三所l ◆一美国霄E S 1 9 8 4 l 卜本文拟含l ’r‘‘。‘--● ●●●●▲ ●▲ ▲ 2468 距离／m a b 距离／m c a 1 0 0 0 9 T N T 坑口外2 m 爆炸； b 2 2 0 0 9 T N T 坑口外 l m 爆炸， c 4 6 0 0 9 T N T 坑口外2 m 爆炸 图5 不同方法冲量计算结果的比较 由图5 可见，定性上看，本文拟合的工程经验模 型计算结果与美国W E S 的计算结果都为常量，工 程兵三所的计算结果随着传播距离的增加而降低； 万方数据 2 0 0 7 年6 月坑道内冲击波冲量传播规律的试验研究李秀地等 7 ’ 定量上看，不同方法计算的结果有的相差较大。一般 来说，本文提出的工程经验模型的计算结果与工程 兵三所的计算结果一致性较好，而美国W E S 的计 算结果较低。 5 结论 1 由2 0 次比例模型坑道爆炸试验实测的数 据，提出了坑口外爆炸情况下坑道内冲击波冲量传 播的工程经验模型。该模型考虑了装药量、爆点位置 和冲击波波阵面在坑道内传播距离造成的影响。与 通常的钢管 板 模型坑道的试验结果相比，本模型 还适当考虑了坑道壁面粗糙度的影响。 2 算例分析表明，不同方法计算的冲击波冲量 仍有不小的差别。整体上看，本文提出的冲击波冲量 工程经验模型的计算结果与工程兵科研三所的计算 结果一致性较好，而美国W E S 的计算结果较低。可 见，本文的研究成果有一定的推广价值，也为今后进 一步研究坑道中的冲击波现象积累了宝贵的资料。 参考文献 1B r i t tJR ．A t t e n u a t i o no fs h o r td u r a t i o nb l a s ti ne n t r a n c e w a y sa n dt u n n e l s ．P r o c e e d i n go ft h e2 n dS y m p o ． s i u mo nt h eI n t e r a c t i o no fN o n n u c l e a rl 订u n i t i o n sw i t h s t r u c t u r e s [ R ] ．P a n a m ac i t yB e a c hF l o r i d a ，M a y1 9 8 5 ． 4 6 6 ～4 7 1 2W e l c hCR ．I n t u n n e la i r b l a s te n g i n e e r i n gm o d e lf o ri n t e r n a la n de x t e r n a ld e t o n a t i o n s [ R ] ． P r o c e e d i n go ft h e 8 t hI n t e r n a t i o n a lS y m p o s i u mo nI n t e r a c t i o no ft h eE f f e c t so fM u n i t i o n sw i t hS t r u c t u r e s ．M c l e a nV i r g i n i a ， 1 9 9 7 ．1 9 5 ～2 0 8 3A N E TB ，B I N G G E L IE D ．T h eu s eo ft h eL S2 0 0 0 D E S I G NC H A R T Sf o rp r e d i c t i o n so fa i rb l a s tl o a d i n gi n t u n n e l sd u et o } _ H 三一d e t o n a t i o n sa tt h et u n n e le n t r a n c e [ R ] ．P r o c e e d i n go ft h e9 t hI n t e r n a t i o n a lS y m p o s i u mo n I n t e r a c t i o no ft h eE f f e c t so fM u n i t i o n sw i t hS t r u c t u r e s ． M c l e a nV i r g i n i a ，1 9 9 9 ．1 ～9 4 何翔，庞伟宾．空气冲击波沿坑道传播的超压衰减分析 [ J ] ．防护工程，2 0 0 3 ，2 5 3 6 ～1 0 5 李秀地．信息化条件下地下防护工程的破坏机理与加固 新技术研究[ D ] ．重庆后勤工程学院，2 0 0 5 6 李秀地，郑颖人，李列胜，等．长坑道中化爆冲击波压力传 播规律的数值模拟口] ．爆破器材，2 0 0 5 ，3 4 5 4 ～7 7C ．K ．萨文科，等著，龙维祺，于亚伦译．井下空气冲击波 [ M ] ．北京t 冶金工业出版社，1 9 7 9 S c a l eM o d e IT e s t st oD e t e r m i n e 脚a s tI m p u I s ef r o mH E - c h a r g e sI n t u n n e l L iX i u d i ，Z h e n gY i n g r e n ，Z h e n gY u n m u D e p a r t m e n to fA r c h i t e c t u r e ＆C i v i lE n g i n e e r i n g ，L o g i s t i c a lE n g i n e e r i n gU n i v e r s i t y C h o n g q i n g ，4 0 0 0 4 1 X i n K a i L u o y a n gH y d r a u l i cE n g i n e e r i n gT e c h n i c a lI n s t i t u t e H e n a nL u o y a n g ，4 7 1 0 2 3 [ A B s T R A C T ] I no r d e rt oo b t a i nt h ep r o p a g a t i o nl a wo fb l a s ti m p u l s ei n t u n n e l ，t w e n t ys c a l eh i g h e x p l o s i v ee X - p e r i m e n t sa r ec o n d u c t e df o re x t e r n a ld e t o n a t i o n s ．T h ec o n c r e t em o d e lt u n n e Ic r o s ss e c t i o ni s0 ．6 7m 2 ，e x p l o s i v e c h a r g e so fT N Tr a n g ei nm a s sf r o m 1 0 0 0g r a m st o4 6 0 0g r a m s ．T h eb l a s tw a v e f o r m si n t u n n e Ii sr e c o r d e dw i t h p r e s s u r et r a n s d u c e r ．T h em e a s u r e db l a s tw a v e f o r m sa n di t sp r o p a g a t i o nl a wa r ea n a l y z e d ． A ne n g i n e e r i n ge m p ir i c a lm o d e lf o rp r e d i c t i n gb l a s ti m p u I s ep r o p a g a t i n ga l o n gt h es t r a i g h tt u n n e lw i t hc o n s t a n tc r o s s s e c t i o ni sp r e s e n t e d f o rd e t o n a t i o n so c c u r r i n go u t s i d et h ee n t r a n c et u n n e la n di se v a l u a t e da g a i n s tt h er e s u l t sf r o mo t h e rm e t h o d s ．I ti s f o u n dt h a tt h ee n g i n e e r i n ge m p i r i c a lm o d e lp r e s e n t e db yt h i sp a p e ri sr e a s o n a b l ya c c u r a t ef o ri n t u n n e li m p u l s ep r e d i c t i o n ． [ K E Yw O R D s ]e x p l o s i v em e c h a n i c s ，a i r - b l a s ti m p u l s e ，s c a l et e s t ，t u n n e l 广东省四O 一厂工业炸药自动化包装机通过专项安全评价验收 2 0 0 7 年3 月1 4 日，广东省四O 一厂工业炸药自动包装机 以下简称自动包装机 已通过北京国科宏达技术开发有限公司 专项安全评价验收。 该自动包装设备具有自主知识产权，设计新颖、结构紧凑，大大减少了工业炸药包装工序操作人员，该自动包装机实现了 从药卷沾蜡、包中包纸、装塑料袋、抽气热合封包、装箱等工艺过程的连续化、自动化。这套设备的特点 1 旋转沾蜡工艺，可 使药卷封口完全沾上蜡液，并最大限度减少蜡液流进药卷夹缝中造成不必要的浪费。可很好控制沾蜡液深度和所沾上的蜡液 量； 2 独特的纸包裹定型工艺，既可避免采用热收缩膜定型时从高温环境中通过而有可能出现的安全问题，又可很方正包裹 炸药，起到美观的作用； 3 独特的用塑料袋套药卷方法，大大地提高了套袋的可靠性； 4 独特的立式抽真空和焊袋工艺，有效 提高了设备的运行速度。 黄志平肖开文刁建彬 万方数据