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。     

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。     

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。     

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。     

花岗岩介质中地下爆炸震源函数研究

结合地震反演方法和数值计算方法，研究了地下爆炸震源函数的特征以及介质特性对震源函数的影响。从水饱和花岗岩地下爆炸波数值模拟计算出发，重点分析了含水量对震源函数特性的影响。结果表明，含水量会提高地下爆炸的耦合强度，对于震源函数的稳态值，干岩要比水饱和岩石低，且稳态值随含水量的增大而增大；拐角频率随含水量的增大而降低；在水饱和花岗岩中，震源函数的高频衰减指数高于f-2；而过冲特性并不明显。     

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。     

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。     

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。     

侧向点爆炸作用下地下拱结构的动力响应

首先,利用几何关系与介质中超压、位移衰减公式得出结构表面自由场荷载和位移的分布形式,并对衰减因数、爆距等参数进行讨论;其次,利用MSSI（modified soil-structure interaction）相互作用模型对拱的振动方程进行正交求解,得到任意角度荷载作用下的结构弹性动力响应解析解。基于动力响应解析解,得到了土体的声阻抗对结构位移、速度、加速度时程响应曲线的影响。研究结果表明:侧向爆炸荷载作用下,岩土介质声阻抗越大,埋设其中的地下结构的位移、速度和加速度变化越大。为此,建议地下防护结构应修建在声阻抗小的岩土介质中。     

金属薄板在圆锥头弹体正冲击下的破裂模式

临界破裂速度下（圆板产生破裂的最小速度）,对四种不同材料的薄金属圆板在不同圆锥半角的圆锥头子弹正冲击下的破裂模式进行了试验。研究发现随着圆锥半角的增加,板的破裂模式分别有刺透型、花瓣型和剪切型。通过试验分析,建立了在不同圆锥头子弹以临界破裂速度正冲击下,金属薄板的破裂模式和子弹圆锥半角及金属薄板材料性能的关系。分析中考虑了子弹和板壁接触区域内的局部变形,给出一临界圆锥半角c=arcsin exp(-0.5f)(f是金属薄板材料的真实破裂应变）。由此得到:临界破裂速度正冲击下,圆锥半角30时,薄板破裂由子弹直接刺透板壁引起;＞c且30时,薄板破裂模式是剪切型;当 30＜＜c时,薄板破裂模式是花瓣型。     

香港地区地震风险评价和设防区划

香港地区隶属于中国板内地震区中的东南沿海块缘地震带。港-九块体为晚中生代至早第三纪以来以持续稳定上升为主的块体, 块体活动性明显地低于其周边相对下沉的中新生代盆地。为此, 赋予港-九块体为最大可信震级M=5.5级潜在震源区, 而其周边中新生代断陷盆地则为最大可信震级M≥6.0潜在震源。从大陆地震构造成因的环境、潜在震源可信震级范围M=5.0～7.5和近源地震动饱和等三个方面的可比性, 结合中国大陆地震震源破裂尺度和地震烈度影响场, 所建立的反映中国地震构造和震源破裂及地震烈度影响场特点的PGA和反应谱地震动衰减预测关系式可用于香港地区。以50%概率时的中值对中国强震记录的对比, 本研究所提供的经验期望预测关系式, 能包络实际的资料。因此, 用此地震动衰减预测模式对香港地区地震危险性进行评估, 将会得到相对保守地震动预测值。通过香港地区基岩地震动危险性分析和计算, 参照中国大陆地震设防标准, 进行了基岩设计参数确定和区划。以年概率P=0.02、P=0.002、P=0.0004三个概率标准, 对应的地震动重复周期大约分别约为50a, 500a, 2500a的基岩PGA和反应谱, 作为香港地区基岩上构筑物和建筑物可选的基…     

单自由度系统的爆炸地震演变响应

提出了一个单自由度结构系统爆炸地震随机地面振动演变响应的理论分析方法。根据爆炸地震效应的特点 ,建立了一个地面运动激励模型 ,并以TNT炸药爆炸实验测试结果为实例 ,讨论了模型中相关基本参数的确定方法及其结果。在给定结构固有频率和阻尼系数条件下 ,得到了单自由度系统的爆炸地震位移响应功率演变谱和均方根位移理论解。与在一个混凝土基座上的测试结果进行对比表明 ,得到的理论均方根位移具有较好的预测精度。     

Seismic efficiency of a contact explosion and a high-velocity impact

The seismic energy transferred to an elastic half-space as a result of a contact explosion and a meteorite impact on a planet’s surface is estimated. The seismic efficiency of the explosion and impact are evaluated as the ratio of the energy of the generated seismic waves to the energy of explosion or the kinetic energy of the meteorite. In the case of contact explosions, this ratio is in the range of 10⁻⁴–10⁻³. In the case of wide-scale impact effects, where the crater in the planet’s crust is produced in the gravitational regime, a formula is derived that relates the seismic efficiency of an impact to its determining parameters. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 48, No. 2, pp. 3–12, March–April, 2007.     

爆炸地震波评价地面毁伤效应的实验研究

通过实验探索爆炸地震波评价爆源对地面冲击波毁伤效应的可能性 ,结果表明 ,在相同的地层状态条件下和一定的距离范围内 ,用爆炸地震波评价爆源对地面的毁伤效应是可行的。这在很大程度上弥补了利用空气冲击波压力测试和模拟目标毁伤评价燃料空气炸药 (FAE)爆源爆炸空气冲击波威力的不足。     

近地表爆炸地震的地面竖向振动速度的随机特性

引入了将爆炸地震的地面运动速度分解为一个确定性的幅值衰减函数和一个随机振动响应函数的乘积进行描述的基本方法 ,对近地表爆炸地震引起的地面竖向振动速度的实验测试结果进行了简要的分析。分析结果表明 :近地表爆炸地震的地面竖向振动速度随机波动分量的双对数功率谱在 10～ 70 0Hz的频率范围内满足近似的线性关系 ,功率谱指数介于 2 .5 1～ 2 .85之间 ,由此得到非平稳地震地面振动速度的演变谱密度方程。此外 ,还给出了地面竖向振动速度的理论模拟结果 ,在随机统计特性上与实验结果具有较好的一致性。     

PP/PA共混高聚物在高应变率下的热粘弹性本构关系和时温等效性

采用Instron1342电液伺服试验机和改进的SHPB技术对以113材料为例的PP/PA共混高聚物进行了应变率在10-4~103 s-1宽广范围,温度为25、40、60、80 ℃下的一维应力力学性能试验。结果表明,这类共混高聚物的力学响应对温度和应变率都是敏感的。以朱-王-唐非线性粘弹性本构方程来描述这类PP/PA共混高聚物的力学响应,并拟合得到了其热粘弹性本构参数,理论预言与试验结果在应变小于7%时吻合良好。对113材料20~80 ℃温度范围内不同应变率下的试验结果进行分析,证明PP/PA共混高聚物存在率温等效关系,提高温度和增加作用时间（减小应变率）的效果相当,反之,降低温度与减少作用时间（提高应变率）的效果相当。通过引入量纲一参量Z,使应变率d/dt、温度T这2个参量归结为统一的Z参量,从而得到了体现时温等效性的统一曲线。