爆炸荷载作用下软土地基的变形特性

通过现场实验和数值模拟分析了软土地基在爆炸荷载作用下长期和瞬间的变形特性,分析了影响爆炸效果的主要因素和条形药包爆炸后冲击波的显著影响范围,并讨论了爆炸固结法处理软土地基的作用机理,表明该法具有加快固结速度的特点,有利于提高施工速度,缩短工期。     

条形药包爆破现状与展望

首先介绍了条形药包的爆炸作用场理论计算模型，对模拟实验技术和工程应用现状都做了系统综述，其次较全面地展示了条形药包爆破理论和实践的最新发展动态。文中还对现有条形药包装药量计算公式进行了总结和分析，推荐了一个较为可靠合理的药量计算公式。最后提出了几个条形药包爆破技术中存在的主要问题，并对条形峒室药包爆破的发展前景作了分析评述。     

垂直条形药包土中半压缩爆炸成型

本文讨论了垂直设置的条形药包土中半压缩爆炸成型一般原理。条形药包半压缩爆炸成型是各种爆炸型式中的一种典型情况,在系统试验的基础上,建立了计算漏斗坑各部参数的经验公式以及药包群的设计布置方法。     

条形药包爆炸挤密黄土路堤横向影响规律

为了合理设计既有公路路堤爆炸挤密钻孔的平面布置方案,以爆炸挤密加固某高速公路黄土路堤为例,研究了条形药包爆炸挤密黄土路堤的横向影响规律。先根据该高速公路实际几何尺寸和材料参数建立有限元模型,然后用ANSYS/LS-DYNA分等横截面不等长和等长不等横截面两类条形药包共计16种工况进行数值模拟,得出爆腔水平半径、土壤密度峰值及其位置和爆炸挤密黄土路堤横向影响半径的变化规律,此外还拟合出横截面为2支药管组成的条形药包爆炸挤密后土壤的密度增量与该点距爆心的水平距离和药量之间的关系表达式。最后,结合工程实例,说明了上述规律在施工方案设计中的应用。     

基于Starfield迭加法的条形药包爆炸应力场分析

在分析条形药包的现有理论研究方法与实验成果的基础上,认为爆轰波沿装药方向传播的时间效应是影响条形药包爆炸应力场特征的主要因素。综合Starfield迭加法与动力有限元法,提出了基于Starfield迭加原理的条形药包爆炸应力场数值分析模型,全面分析了不同起爆方式下条形药包爆炸应力场发展及形成规律,结论对实际工程具有一定指导意义。     

定向爆破及其在农田基本建设中的应用(二)

定向抛掷爆破的设计原理,主要研究土或岩石在群药包相互作用下的抛掷和堆积规律,也就是研究爆松后的土岩体,由于爆炸气体继续膨胀的压力作用而获得一定初速度后,在重力影响下的运动和堆积分布规律;并确定出抛掷初速度与药量设计参数的定量关系,为定向抛掷爆破设计提供理论依据。     

切缝药包爆炸作用机理数值模拟

为研究切缝药包定向控制爆炸机理,基于双缝/耦合切缝药包爆轰行为高速纹影实验,建立"炸药-切缝管-空气"模型,采用数值模拟方法研究切缝药包爆炸过程中冲击波相互作用、爆炸流场压力时空分布和切缝管形态变化。研究结果表明:切缝药包爆炸过程中切缝管能够有效控制爆炸能量释放和爆生气体动力学行为;切缝方向压力超前且高于非切缝方向;在爆炸冲击波及爆生气体共同作用下,切缝管曲率不断变小且从起爆点处以相同的变形特征沿切缝管轴向发展;数值模拟结果与实验结果吻合。     

爆炸产物发生化学反应对药室压力影响的研究

研究了爆炸产物发生化学反应对约束爆炸准静态压力的影响,推导了考虑爆炸产物发生化学反应时,约束空间内准静态压力的计算公式.以TNT炸药发生约束爆炸为例,分析了不同药量体积比下爆炸产物的化学反应动力学过程.编写了计算TNT炸药约束爆炸后准静态压力的程序,将程序计算结果与实验测量结果和ConWep程序计算结果进行对比,验证了计算方法的准确性,证明了爆炸产物发生化学反应对约束爆炸准静态压力有重要的影响.考虑爆炸产物发生化学反应对压力的影响,利用LS-DYNA对TNT炸药在一长方体药室内的爆炸进行了数值模拟,模拟结果表明,考虑爆炸产物发生化学反应时,药室会出现局部塑性应变与应力集中现象,最大塑性应变达到0.8‰.     

铝纤维炸药土中扩腔现场实验与数值模拟

为检验铝纤维炸药的做功能力,对铝纤维炸药土中爆炸扩腔现象进行实验,并采用ANSYS/LS-DYNA软件进行数值模拟,得出铝纤维炸药爆腔半径随药量变化的关系。结果表明,现场实验与数值模拟均能较好地表征铝纤维炸药土中爆炸扩腔的规律,铝纤维炸药相对于工业乳化炸药做功能力强,且由于其成型效果好等特点,应用于一些复杂的环境能够取得理想效果,可为类似工程提供参考。     

某观察坑道在爆炸荷载作用下破坏情况的宏观调查分析

本文叙述了岩体洞库大药量条形炸药爆炸在附近的平行观察坑道中产生的破坏现象。通过爆炸后的宏观调查,特别是从围岩岩体构造分析了坑道的动力反应,并论证了一个主要的断层在爆炸作用下产生了滑移。文中讨论了观察坑道不同支护段在爆炸荷载作用下的反应,包括:喷浆层支护的破坏形态;锚杆和予应力大锚杆的支护作用;离壁式被复的破坏特点等。最后,对观察坑道的安全性作出了评价。     

水泥加固(改良)软土地基的研究

利用水泥作为固化剂以提高软土地基的强度和减少软土地基的变形, 已经为沿海软土地区建设中较为普遍地采用。一般通过粉喷或深层搅拌法, 把水泥掺加拌和到软土地基中, 使它和软土中的物质组分发生物理化学反应, 以收到加固效应。通过对现场和室内的水泥土样品进行对比试验及宏观和微观的对比分析研究, 搞清了水泥土加固软土的作用机理, 提出了用水泥加固提高地基强度和节约水泥用量的建议。     

地面和埋置爆炸土中地冲击作用分区数值模拟及试验研究

为研究爆炸条件下土中应力波的时空分布,基于黄土中接触爆炸和半埋爆炸试验,验证了ANSYS/AUTODYN软件建立的计算模型,并在此基础上开展了土中爆炸地冲击效应研究。结果表明:随着土介质深度的增加,感生地冲击峰值减小,而直接地冲击峰值增大,最终,压力和竖向应力时程曲线中的2个峰值减少为1个峰值,据此特征可将土中应力波场分为3个区域,即地表区、近地表区和中心区;当装药比例埋深为?0.05～0.075 m/kg1/3时,随着装药比例埋深的增大,中心区迅速扩大,地表区迅速缩小,近地表区逐渐扩大;当装药比例埋深为0.1～0.4 m/kg1/3时,地冲击作用区的分布趋于稳定;爆炸耦合进入空气和土介质中的动能受炸药类型影响,但在一定范围内,地冲击作用区角度与地面空气冲击波超压冲量和直接地冲击应力冲量之比呈线性相关关系。     

预排水动力固结法处理吹填粉土地基的试验研究

为加固新近吹填的处于流塑状态的粉土地基,首先采用轻型井点降水和动力碾压的方法使地基具有一定的初始承载力。然后,施加较大的强夯动力荷载,从而使地基承载力得到显著提高。这一新的综合加固技术称之为“预排水动力固结法”。通过现场测试,研究了施工过程中诸如井点降水的影响范围、强夯时孔隙水压力的变化范围、深层沉降的变化等问题。同时,对强夯夯击遍数、每点夯击次数、遍与遍之间的间隙时间等有关问题进行讨论。研究表明,预排水动力固结法可显著提高吹填粉土地基的承载力。     

A method for transforming a full computation of the effects of a complex-explosion scenario to a simple computation by ConWep

When a large amount of explosive that is stored inside a structure explodes, a blast wave is generated. The strength of the blast depends on both the explosive (type and weight) and the properties of the storing structure, since part of the blast energy is needed to destroy the structure. If one is to determine the dynamic load (e.g., pressure and impulse) that is exerted by the blast on a neighboring structure, he needs to conduct a full numerical simulation with a validated numerical code. If the amount of the stored explosive changes while the storing structure remains the same a new full hydrodynamic computation is required. In the present study, we present a method by which, for a given structure inside which explosive is stored, only a few full hydrodynamic computations with different amounts of explosive are required in order to obtain the resulted blast wave load on a neighboring structure that is located at different distances from the exploding structure for any amount of explosive between the minimal and the maximal amounts that were used in the full hydrodynamic computations. By means of the proposed method, the problem, which as mentioned above needs a full hydrodynamic computation, is replaced by an equivalent problem of the explosion of a bare hemispherical charge. The equivalent problem can be solved by means of an empirical model such as ConWep, which is very simple to apply. The solution of the equivalent problem results in identical peak pressure and peak impulse at close and far ranges from the explosion source and very similar pressure and impulse profiles at far ranges. The proposed method is demonstrated by an explanatory example in which the effect of an explosion inside an ammunition magazine on the surroundings is studied.     

基于Box-Behnken法的合肥湖积软土固化配方优化的试验研究

选择CaO和纯碱作为激发剂掺入GGBS(粒化高炉矿渣微粉)制备GGBS+CaO+纯碱固化合肥湖积软土,通过无侧限抗压强度试验研究固化黏土的强度变化规律。以GGBS、CaO和纯碱的掺量作为影响因子,以7d和28d固化土的无侧限抗压强度作为响应值,基于Box-Behnken法确定3种外添剂的最佳配合比。研究表明:GGBS掺量的变化对强度响应影响最大,且其敏感程度随龄期的增大而增大;而对于CaO和纯碱,情况则相反。养护7d后,各因素对强度的线性效应和曲面效应均显著,CaO与纯碱的交互作用显著;养护28d后,GGBS与纯碱的交互作用显著。最终得出:GGBS、CaO和纯碱三掺量固化黏土最佳配比分别为13.08%、4.89%和1.25%;在最佳配合比下,7d和28d的预测强度分别达到550.904kPa和665.953kPa。最后对实测值与预测值进行了对比分析。研究成果可为在合肥滨湖地区应用矿渣类软土固化剂提供理论依据。     

不同耦合介质爆破爆炸能量传递效率研究

不耦合装药爆破可有效降低孔壁峰值压力,改善爆破效果。针对不同耦合介质爆破时爆炸能量的传递问题,考虑岩体应变率效应,理论分析了爆炸作用下岩体变形及破坏特征,得到不同耦合介质爆破时理论爆炸能量的传递效率,并结合数值模拟研究了岩体性质、炸药类别及不耦合装药系数对不同耦合介质爆破时爆炸能量传递效率差异的影响。研究结果表明,爆炸能量传递效率与耦合介质相关,装药结构相同时,水耦合爆破比空气耦合爆破爆炸能量传递效率高;不同耦合介质爆破爆炸能量传递效率的差异受爆破岩体、炸药性质及不耦合装药系数等因素影响;装药系数相同耦合介质不同的爆破,岩体强度越高,不同耦合介质爆炸能量传递效率差别越大;岩体性质相同时,不同耦合介质爆破间能量传递效率差异随不耦合装药系数的增大而增大,对于乳化炸药在粉砂岩中的爆破,不耦合装药系数由1.28增至3.44时,水耦合爆破传递入周围岩体的能量由空气耦合爆破的1.45倍增至6.52倍。研究结果可对优化爆破设计、改善爆炸能量分布提供参考。     

防雷舱结构在聚能装药水下爆炸作用下的毁伤研究

通过实验以及数值模拟,开展了防雷舱结构在聚能装药水下爆炸作用下的毁伤研究,探讨冲击波在多介质结构中的传播规律及其对结构的毁伤机理。结果表明:相同爆炸当量条件下,爆破型装药仅对空舱产生破坏,防雷舱的多介质复合结构对冲击波具有较强的衰减作用,聚能型装药形成的侵彻体可造成液舱前板及后板的穿孔,孔径约为装药直径的1/3~1/2。加宽液舱以及加厚液舱后板可以增强防雷舱的抗爆能力。     

非饱和土-隧道系统动力响应计算的波函数法

针对非饱和地基土中埋置隧道的三维动力响应计算问题, 提出了波函数法.采用无限长的Flügge薄壁圆柱壳模拟圆形隧道衬砌,采用流、固、气组成的三相介质模拟非饱和地基土体.分别采用分离变量法以及Helmholtz矢量分解定理求解薄壁圆柱壳的振动控制方程与非饱和土的波动方程.根据隧-土交界面与地表面处的应力、位移以及孔隙流体压力等边界条件,利用平面波与柱面波的转换性质,实现了隧道内作用单位简谐载荷时隧道衬砌与土体系统动力响应的耦合求解.通过与既有单相弹性介质2.5维有限元-边界元法、两相饱和多孔介质2.5维有限元-边界元法以及三相非饱和介质Pip in Pip半解析法的计算结果进行对比, 验证了本文计算方法的可靠性. 最后,基于该方法, 通过算例分析了不同饱和度下非饱和土-隧道系统的动力响应特征.结果表明, 饱和度对土体动位移与超孔隙水压力的幅值响应有较大影响.该方法的非饱和地基土参数退化后,也可用来计算和分析饱和地基土或单相弹性地基土与隧道系统的动力响应.      

降水预压软基处理技术中孔隙水压力效应研究

降水预压是通过降低地下水位而加固软土地基的一种软基处理技术。这项处理技术的中孔压变化与堆载预压的孔压变化有所不同, 它是在通过降水减小静水压力增大有效正应力, 从而使土体固结沉降。通过上海浦东某工程降水预压试验的孔压测试, 本文分析了降水预压加固软土地基原理及孔隙水压力效应。