地下空腔解耦爆炸的数值模拟

采用一种Euler算法和Lagrange算法相结合的有限差分算法计算地下空腔解耦爆炸。对腔内气体,采用Euler网格,对腔外岩石,采用Lagrange网格,对不同半径的空腔爆炸引起的远场应力波和震源函数开展了数值模拟,重点分析了空腔尺度对震源函数的影响。结果表明,空腔增大会降低远场应力波峰值、地下爆炸的耦合强度和震源函数稳态值,但拐角频率随空腔的增大而增大。     

应用地运动数据反演地下爆炸震源函数

应用近场（震中距为几公里至几十公里）的地表地运动测试数据来研究爆炸震源特性，将近场地震波传播介质近似为均匀半空间模型，通过去除地表响应，反演了硬岩介质中的地下爆炸震源函数折合速度势RVP（reduced velocity potential），得到了描述地下爆炸震源的折合速度势RVP振幅谱及其参数稳态值、特征频率、过冲特征量，通过回归分析，得到稳态值和特征频率与爆炸当量的关系。     

不同介质地下爆炸的地震耦合效应

对黄土、砂砾石和花岗岩等几种不同介质中的地下爆炸实验进行了地表速度测量,利用实测数据 获得爆炸源频谱以及以折合速度势低频稳态值表示的地震耦合强度。实验结果表明,对于相同当量、相当比 例埋深下的地下爆炸,地震耦合强度和源区介质特性有着强烈的依赖关系,其中介质强度是影响地震耦合效 率的最主要因素,而介质的干孔隙率和水饱和度也是影响地震耦合效率的重要因素。考察了M.D.Denny等 提出的经验公式在估算100kg级当量地下爆炸地震耦合强度的适用性和局限性。     

水饱和花岗岩本构模型及地下爆炸波的数值研究

采用广义自洽方法描述介质的细观几何结构,基于混合物理论建立了水饱和岩石含损伤弹塑性本构模型,提出了一个适用于爆炸波数值计算的饱和水体积分数演化方程,也即给出了本构关系中的闭合方程.使用Biot有效应力描述水压对岩石强度的影响,在有效应力空间里建立了水饱和岩石剪切屈服和破坏的强度准则,并引入了剪胀效应对强度的影响因子.对地下封闭核爆炸的力学效应开展了数值模拟,系统地研究了含水花岗岩中地下爆炸波的传播特征以及含水量对爆炸应力波传播规律的影响.     

地下爆炸地震波的数值模拟及震源函数的研究

利用广义反射、透射系数矩阵和离散波数方法 ,计算了水平分层花岗岩介质中近场 (十几公里 )范围内三次地下爆炸的地表粒子速度垂直分量波形 ,并通过对实测波形的拟合 ,得到了地下爆炸激发的地震震源函数。     

硬岩中地下爆炸震源函数的数值模拟

利用一维球对称有限差分数值计算源程序模拟了硬岩中地下强爆炸的震源函数,给出了弹性半径处的位移、径向压力波形,得到了地下爆炸的折合位移势及其源频谱。相关计算结果与已有文献给出的结果一致。同时,对介质剪切强度与地下爆炸震源强度之间的关系进行了数值分析。研究结果可为硬岩中地下强爆炸地震耦合效应的计算提供参考。     

地下爆炸气体输运的一种双孔隙度数学模型

考虑气体在压力驱动下的渗透、气体和岩体的热传导以及气体的扩散,建立了用于模拟地下爆炸气体输运的二维轴对称双孔隙度双渗透率数学模型,并编制了数值模拟程序;研究了参数在取值范围内变化对计算结果的影响。结果显示：泄漏到地表的气体随着裂隙区域圆心角的增大而先增大后减小,随裂隙渗透率的增大而增大,随介质孔隙度和孔隙渗透率的增大而减小。用该模型对一次砂砾岩中地下爆炸实验气体的泄漏行为进行了数值模拟。将数值模拟结果与气体泄漏实测结果进行对比,反推出当地介质的裂隙渗透率在4×10^-11 m2～5×10^-11 m2之间。利用反推得到的介质参数,可以对同类介质中地下爆炸气体泄漏行为进行预测。     

黏弹性固体中地下爆炸辐射地震波能量的演化

地下爆炸与介质的能量耦合和介质中的波传播机制是理解地下爆炸源物理的重要基础。为研究地下爆炸辐射地震波能量的传播衰减规律,分析了黏弹性介质中地下爆炸地震波能量的组成。基于无限介质中黏弹性球面波理论,给出了速度、位移、应力、应变等物理量Laplace域的理论解。利用Laplace数值逆求解方法,建立了黏弹性介质中地下爆炸辐射地震波场的计算方法。以干黄土作为典型黏弹性材料,计算给出了地震波能量的传播特征,分析了地下爆炸辐射能量的传播衰减规律。结果表明:（1）在黏弹性介质中,某球面处流入的能量随半径增加而逐渐降低。在理想弹性介质中,某球面处流入的能量在几倍弹性半径外即可稳定到某一定值;（2）在某一固定的有限观测区域内,当观测时间足够长时,势能和耗散能均趋于某一定值,辐射动能趋于零;（3）当有限的观测区域能容纳一个完整波长的地震波时,地震波辐射动能的稳态值随波传播距离的增大而减小,总体上可以用指数函数和幂函数进行分段拟合。     

盐岩介质中空腔爆炸解耦因子的计算

对在美国内华达试验场盐岩介质中进行的Salmon 地下核爆试验( 填实爆炸,当量5.3kt,埋深828m) ,利用近区自由场加速度测试数据,计算了它的震源函数t() ,并且根据一维球对称爆炸膨胀源理论,计算了弹性响应空腔爆炸源的震源函数s()。由解耦理论,得到了盐岩介质的完全解耦空腔爆炸的解耦因子DF。     

钢筋混凝土箱梁近场爆炸响应的试验与数值模拟

为了研究近场爆炸作用下单箱三室混凝土箱梁的动力响应和破坏特征，开展了缩比试件爆炸试验和数值模拟。以原型桥梁主梁截面按1∶3缩比设计和制作了箱梁试件，测量了3 kg TNT药柱爆炸作用下试件的反射超压、钢筋应变、竖向位移及破洞形态；采用LS-DYNA软件进行了箱梁爆炸响应模拟，结合试验数据验证了数值模拟方法的可靠性；分析了TNT当量、起爆位置、混凝土强度、配筋率对箱梁抗爆性能的影响。结果表明：3 kg TNT药柱于箱梁中间箱室中心正上方0.4 m处起爆时，在中间箱室顶板中心形成一个椭圆形的贯穿破口，破口沿横、纵桥向长度分别为41.50、45.50 cm；中间箱室顶板底面的混凝土发生大面积剥落，呈现喇叭状冲切破坏特征；多室箱梁的超宽截面形式使得其爆炸响应沿横桥向分布不均匀；箱梁底板竖向位移峰值和钢筋应变峰值随药量的增大而增大，采用最小二乘法得到了对应的拟合曲线表达式；不同起爆位置下，中间箱室底板中心的竖向位移均大于两侧箱室中心的。     

地下爆炸地震强度与当量的比例关系

为了研究爆炸地震耦合强度与爆炸当量的关系,针对某一硬岩介质,在相同爆炸深度条件下,进行了系列不同爆炸当量的小当量化学爆炸试验,爆炸源附近的介质特性相同。应用近场地表记录的其中两次爆炸当量相差一倍的试验数据,比较研究了他们的爆炸震源函数折合速度势振幅谱比,得到他们的地震耦合强度地震矩M0比值近似等于2,与他们的爆炸当量比值相等,因此得到同爆炸深度的地下爆炸地震强度与爆炸当量成正比的结论。     

Large scale grain dust explosions-research in Poland

For the last five years grain dust explosion research was carried out in surface and underground facilities of Experimental Mine “Barbara” Research was focused on problems of evaluation critical dust parameters influencing explosion course, explosion development and suppression by both passive and active means. The main conclusions are as follows: nominal dust concentration needed to obtain flame propagation must be higher than 50 g/m³, for nominal concentrations higher than 100 g/m³ flame acceleration is observed and detonation is possible; strong grain dust explosions can be effectively suppressed with passive water barriers whereas for weak ones active barries must be used.     

Magnetic Dipole Moment from a One‐Kiloton Underground Nuclear Explosion in a Cavity

This paper reports the results of numerical modeling of the magnetic dipole moment produced by displacement of the Earth's magnetic field in a onekiloton underground nuclear explosion in a cavity. It is shown that with increase in cavity size, the magnetic dipole moment increases, reaching 10⁷ A · m², which is approximately 200 times the magnetic dipole moment from a camouflet explosion. A factor of 100 decrease in the initial air density in cavities with radii of 10 and 20 m results in a reversal of the direction of the magnetic dipole moment vector.     

小当量地下爆炸的质点速度模型

在第四纪砂砾层中进行了系列公斤至百公斤级的地下封闭爆炸,研究了小当量化学爆炸地震波传播规律。在近场,地震波持时很短,水平振幅强于垂向振幅。质点速度随当量呈现指数增加,水平向指数为1.09,垂直向指数为0.77,质点速度随距离呈现指数衰减,水平向和垂直向指数分别为2.07与1.57。Sadauskas模型、显函模型和双极模型都能定量描述小当量地下爆炸地震波质点速度变化,但他们之间的反演精度存在差异,双极模型的残差最小。换言之,采用双极模型反演的数据更接近实际。     

爆炸波在非饱和钙质砂中的传播规律

以球形TNT药包作为爆源，在密实的非饱和钙质砂中进行了一系列大尺寸爆炸模型试验。主要研究在不同药包质量、埋深及砂土试样含水率条件下，密实钙质砂中爆炸波的主要基本参数随传播距离增加而变化的规律。试验结果表明爆炸波主要以弹塑性波的形式在密实钙质砂中传播，在干燥和潮湿试样中塑性纵波波速随试样初始密度的增大或含水率的降低而增大，且范围分别为250～282 m/s和302～339 m/s。集团装药情况下，非饱和钙质砂中封闭爆炸的临界比例埋深约为2.25 m/kg1/3。在试验范围内，密实钙质砂中爆炸波的法向应力峰值及法向比冲量的衰减均服从爆炸相似律。封闭爆炸时，干燥钙质砂中爆炸波的应力衰减指数在测点比例爆心距大于或小于0.75 m/kg1/3处分别为2.94或1.37；潮湿钙质砂中爆炸波的应力衰减指数随含水率升高而增大，其范围为1.39～1.79。法向比冲量衰减指数随试样含水率升高而减小，其范围为0.97～1.18。