黄土中爆炸挤密实验与数值模拟

为研究爆炸挤密加固技术在黄土中的应用,规避在既有公路上进行大规模爆炸挤密现场实验的风险,验证借助计算机软件进行数值模拟的可行性和可靠性,先设计实施了小型爆炸挤密室外实验,再利用室外实验的材料参数和几何尺寸建立与各实验工况相对应的有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,通过将爆腔体积、爆后土壤密度和作用于土壤的峰值压应力3个方面对数值模拟结果和实测结果进行对比,验证了将ANSYS/LS-DYNA用于数值模拟爆炸挤密技术加固黄土的可行性和可靠性,并得出上述三个方面的变化规律,可为根据现场路基状况和几何尺寸进行数值模拟提供借鉴和参考。     

土中爆扩及其挤密效应的研究

对爆扩挤密机理进行了分析，给出了条形药包药管直径、线装药量、振动速度、振动频率和持续时间的计算式，提出了土中爆扩破坏分区的模式与尺寸，对软基处理及爆沉工艺具有实用价值和研究意义。     

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。     

有限长柱形药包土中爆腔特征尺寸的计算方法

为计算柱形药包土中爆腔尺寸，提出了一种有限长柱形药包在土中爆炸的特征尺寸近似计算方法，该方法利用球形药包爆腔膨胀准静态模型叠加的方式，给出了长径比较大情况下柱形药包爆腔特征尺寸及塑性区半径。与数值模拟对比表明，该方法的误差随长径比的增大而减小，当球形药包数量N=n、长径比在10及以上时，误差在12.2%以内，表明该方法能够较准确地预测有限长柱形药包爆腔的特征尺寸。     

条形药包爆炸作用在土中显著影响范围的数值模拟

爆炸固结法是软土地基处理的新方法。为了分析爆炸作用在土中的变化规律,通过有限元方法对单孔条形药包在土中爆炸的数值模拟,在验证计算结果与实测数据的基础上,对地基中单孔条形药包在上覆压力和药量两组爆炸参数下进行模拟对比分析,以解决在不同上覆压力和药量条件下条形药包爆炸作用在土中的显著影响范围。针对条形药包土中爆炸问题,运用ALE算法解决了炸药网格的畸变问题。研究结果表明,上覆压力发挥作用的主要时间不是在爆炸瞬间,而是在爆炸以后的时间段,主要的贡献是对爆炸产生的孔隙水压的消散作用。而炸药的药量对于布置爆炸孔和竖向排水通道的间距影响具有较大影响。     

条形空腔分集药包若干设计问题的研究

本文讨论了条形空腔药包的分集原则、间断长度、药量计算和最小空腔比的确定,以及条形空腔药包的地震效应等,它们都是条形空腔药包设计中必须解决的重要课题。文中对建立的计算公式列举了若干算例,证明与爆后的实际情况或小型试验比较吻合。     

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。     

爆炸冲击波的动态破岩特性研究

运用爆炸冲击波理论，讨论了炮孔柱状装药爆破时的岩石粉碎区及其形成时间、爆腔半径及其扩胀规律。通过分析表明:影响粉碎区半径和爆腔半径的主要因素是冲击波的强度、岩石的性质和炮孔尺寸等。     

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。     

岩体加固抗爆炸性能

为进一步提升岩体的抗爆炸性能，采用相似模型实验和数值模拟的方法对采用交叉锚索进行加固的围岩进行了抗爆性能分析，对比分析了加固前后岩体的爆炸压力分布规律、应变分布规律、爆腔大小以及锚索参数对加固效果的影响。研究结果表明:无论岩体是否加固，爆心附近岩体内爆炸压力峰值、径向应变峰值、环向应变峰值与比例距离均呈负幂指数衰减，在相同的爆炸药量作用下，随着距爆点距离的增大，压力、应变峰值迅速减小；在集团装药条件下，岩体内的爆腔不呈球形而呈上细下粗的花瓶形，且无加固岩体的爆腔高度较大；交叉锚索角度变化对介质压缩半径的影响较小；随着交叉锚索密度的增大，加固介质中自由场压缩波峰值降低约20%～35%左右，介质的破坏半径小约30%左右。该研究结果可为地下防护工程设计和围岩加固提供参考。     

爆炸衬砌试验研究

给出了爆炸衬砌的定义。介绍了爆炸衬砌技术的施工工艺和衬砌机理。推导出爆扩料仓半径的计算公式。分析了爆炸对周围土壤物理、力学性质的影响。指出装药药量及其在料仓中的位置是影响衬砌效果的重要因素。研究结果表明 ,砂浆衬砌外侧存在一个抗剪强度明显高于原状土体的土质外衬。爆炸衬砌在地下土层中形成的是一个砂浆与土体的复合衬砌。     

基于主-次激波在变截面管中传播的数值模拟

采用二阶精度的单调迎风中心格式(MUSCL)和非结构自适应网格技术与有限体积形式,对轴对称变截面管道中基于主-次的爆轰波传播过程进行了数值模拟。结果表明,基于主-次的爆轰波传播至目标区时,冲击波流场均匀、稳定,波形良好;适当提高驱动段的爆炸能量,目标区能够获得预想的冲击波超压值和作用时间。     

固态燃料小型FAE装置空中爆炸场效应分析

通过一次引爆固态复合粉尘燃料小型FAE装置与等质量TNT在自由空间的爆炸对比实验,获得了不同距离的峰值超压值,并运用粉尘爆炸下极限浓度对云雾爆轰区半径进行了估算。结果表明,固态燃料小型FAE装置空爆峰值超压分布规律不同于TNT,云雾爆轰区内的峰值超压不呈现单调减的特征,而是在有限范围内呈现波动趋势;云雾爆轰区外的峰值超压随距离增大迅速衰减,但固态燃料小型FAE装置的峰值超压大于相同距离处等质量的TNT。高速摄影观测结果显示,固态燃料小型FAE装置爆炸的化学反应持续时间大于等质量TNT。     

冲击压实技术在处治湿陷性黄土地基中的应用

基于冲击压实技术在某高速公路工程中处理湿陷性黄土地基的应用实践,通过土工试验和现场沉降观测试验,对冲击压实前后地基土的湿陷性、干密度、孔隙比、压缩模量及路基的沉降变形随土层深度、碾压遍数的变化规律进行了系统的研究。研究表明,冲击压实能使土的物理力学性质得到很大改善,路基的整体强度得到均匀提高,使得地基产生很大的沉降,是传统压实机械所达不到的。因此,冲击压实技术在处治湿陷性黄土地基中是有效的和实用的,而且生产效率高,有很好的发展和应用前景。     

CL-20基炸药水中爆炸气泡脉动实验研究

为研究CL-20基炸药、CL-20基含铝炸药水下爆炸气泡脉动情况,在2 m×2 m×2 m的实验水箱中开展小当量实验,采用高速摄影技术,得到炸药水中爆炸冲击波传播曲线,同时清晰地观测到气泡的产生、膨胀和收缩过程。拟合得到气泡脉动过程中气泡半径、速度、加速度对时间的变化曲线,对比分析了CL-20含铝与非含铝炸药水下爆炸气泡脉动规律。在实验条件下,首次直观地拍摄到CL-20含铝炸药水下爆炸的二次反应放热现象。实验表明:CL-20基含铝炸药的气泡半径、脉动周期都明显升高,半径增大13.7%,周期增大6.9%;冲击波峰值压力略有下降;水下爆炸测试技术以及高速摄影技术是研究观测含铝炸药二次反应的有效手段。     

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。     

温压炸药爆炸抛撒的运动规律

采用高速运动分析系统观察了高能炸药、含铝炸药和温压炸药爆炸产物抛撒的过程;比较了这3种炸药的爆炸产物抛撒运动及后燃特点,通过比较直观地观察到温压炸药爆炸和后燃2个过程,以及后燃火球的成长历程;根据实验结果确定了温压炸药爆炸产物抛撒半径随时间变化的数学表达式。     

地下强爆炸诱发地表塌陷的试验模拟与应用

地下核爆炸后会在地表产生下陷弹坑、塌陷带等不可逆变形爆炸后效应，利用地表形变信息对地下核试验进行有效监控和评估具有十分重要的意义。基于考虑重力影响的地下强爆炸塌陷成坑相似理论，利用陆军工程大学自主研制的地下爆炸效应真空室模拟试验装置，对2017年9月3日朝鲜地下核试验诱发的地表不可逆变形进行了模型试验。试验结果表明，地表塌陷带半径为257 m，下陷弹坑的半径为154 m，与美国、前苏联等国家已有的地下核试验经验公式的数据结果基本相当，并且符合天基雷达TS-InSar卫星监测数据的估算结果，验证了地下爆炸真空室模型试验在地下强爆炸诱发地表不可逆变形区域模拟和评估的可行性，成为有效补充地震波和卫星监测地下强爆炸的一种研究手段。     

Theory of large-strain torsion of prismatic bodies with moment stresses

The problem of the torsion and tension-compression of a prismatic bar with a stress-free lateral surface is studied using three-dimensional elasticity theory for materials with moment stresses. A substitution is found that allows one to separate one variable in the nonlinear equilibrium equations for a Cosserat continuum and boundary conditions on the lateral surface. This substitution reduces the original spatial problem of the equilibrium of a micropolar body to a two-dimensional nonlinear boundary-value problem for a plane region shaped like the cross section of the prismatic bar. Variational formulations of the two-dimensional problem for the section are given that differ in the sets of varied functions and the constraints imposed on their boundary values. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 47, No. 4, pp. 167–175, July–August, 2006.