线黏弹性球面发散应力波的频率响应特性

基于线黏弹性球面波Laplace域的理论解, 得到了不同传播距离处粒子速度、粒子位移、应力、应变等力学量的传递函数。以标准线性固体模型为例, 重点讨论了粒子速度频率响应函数的传播特征, 指出随着传播距离的增加, 粒子速度幅频响应函数的高频响应会低于低频响应, 而在理想弹性条件下, 粒子速度幅频响应函数的高频响应一直高于低频响应。以弹性半径为0.025 m的空腔爆炸为例, 采用Laplace数值逆变换方法对粒子速度波形的演化进行了分析, 给出了粒子速度强间断幅值及粒子速度峰值随传播距离变化的衰减规律曲线, 指出黏弹性介质中粒子速度幅值的衰减曲线介于理想弹性介质中粒子速度幅值衰减曲线和黏弹性介质中粒子速度强间断幅值衰减曲线之间。     

黄土和砂土岩中填实爆炸辐射弹性波的对比研究

研究地下爆炸弹性区的震动特性,关键是获得场地介质与爆炸能量耦合作用下辐射弹性波的实验参数。对于不易加工成大尺寸模型的砂土岩,为研究其填实爆炸下辐射弹性波的特征,采用0.125 g TNT微型炸药球作为爆炸源,以塑性区可置换的?1 370 mm×1 200 mm黄土样品作为提供应力波传播路径的载体,用波阻抗近似相等的重塑黄土和砂土岩样品分别作为源区介质,对比分析了两种介质中微药量填实爆炸辐射的弹性波传播特征。实验结果表明:在测试范围内,两种介质中填实爆炸激发的弹性应力波粒子速度(位移)峰值的衰减规律、波形的主频变化规律一致;砂土岩中爆炸辐射的弹性波粒子速度(位移)峰值整体高于黄土、粒子速度波形的半高宽和主频低于黄土;砂土岩中爆炸耦合的向外传播的弹性波能量比黄土大。实测结果反映,黄土和砂土岩中填实爆炸弹性波能量耦合强度的差别。     

基于ZWT方程的线黏弹性球面波分析

针对时间尺度为1~100 s的爆炸冲击加载,忽略低频Maxwell体的松弛效应,同时为简化分析,忽略非线性弹簧效应项,推导了三维应力状态下的线黏弹性ZWT本构关系。基于球面波的基本动力学方程,结合ZWT线黏弹性本构关系,得到了以位移u表征的三阶波动方程。利用该方程分析固体介质中线黏弹性球面波传播过程中的吸收和弥散现象,得知:高频球面波的衰减因子趋于常数,相速趋于高频下的纵波速度;低频球面波的衰减因子和圆频率的平方成正比,其相速趋于低频下的纵波速度;低频球面波的纵波波速低于高频球面波的纵波波速,两者的比值和介质的泊松比、弹性模量及Maxwell体弹性模量相关。     

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。     

基于波传播系数构建填实爆炸下花岗岩中运动及变形场

为利用球面波实验测得的有限个粒子速度信息来分析地下爆炸下介质的运动及变形特性，基于黏弹性球面波理论和局部黏弹性等效假设，提出了一种构建地下爆炸运动及变形场的新方法。首先，利用0.125 g TNT填实爆炸下花岗岩中相邻测点的粒子速度频谱给出相应的频谱比；其次，结合黏弹性球面波理论给出的理论频谱比求解出相邻测点之间区域内等效的球面波传播系数；再次，利用局部黏弹性等效假设给出相邻测点之间任意一点的粒子速度频谱，再通过傅里叶逆变换给出粒子速度的时域波形；最后，利用运动场和变形场的物理关系，完成整个分析区域内运动场和变形场的构建。结果表明:由相邻测点反演得到的波传播系数，可高精度地构建相应测点之间区域内介质的运动及变形场；在半径15～50 mm区域内，径向压缩应变峰值约从1.7×10?2降为2.1×10?3，切向拉伸应变峰值约从4.7×10?3降为0.4×10?3，径向压缩应变率峰值约从5.1×104 s?1降为2.5×103 s?1，切向拉伸应变率峰值约从5.0×103 s?1降为1.4×102 s?1，涵盖了高应变（率）到中低应变（率）加、卸载的全过程。     

流体饱和多孔介质黏弹性动力人工边界

基于Biot流体饱和多孔介质本构方程，分别考察具有辐射阻尼性质的外行柱面波和球 面波在圆柱面和球面人工边界上引起的法向、切向应力的表达式. 在应力表达形式上，固相 介质和孔隙流体的法向和切向应力都是由两项组成，它们分别与质点的位移和速度成正比， 因此，可在人工边界的法向和切向设置连续分布的并联弹簧------黏滞阻尼器，用来模拟人工边 界以外的无限域介质对来自有限计算域的外行波动的能量吸收作用，从而形成了流体饱和多 孔介质的黏弹性动力人工边界. 流体饱和多孔介质的黏弹性动力人工边界可方便地与大型通 用软件结合，用于分析饱和土中复杂的结构-地基动力相互作用问题. 算例表明流体饱和多 孔介质黏弹性动力人工边界具有较好的精度和稳定性.     

梯度密度黏弹性材料的波传播研究

梯度密度黏弹性材料中波的传播比较复杂。为了研究其在冲击载荷作用下黏弹性响应特征,基于控制方程的Euler形式,利用Laplace变换,得到了这种材料中的波传播规律的一个理论公式;并据此分析了双层周期性黏弹性介质中的应力情况。选择具有梯度密度特性的钛-硼化钛（Ti-TiB₂）材料和碳纤维树脂材料,采用不同的叠合方向和方式,利用分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,SHPB）加载装置进行了动态冲击实验,并用三波法对得到的实验结果进行处理。同时,采用数值Laplace逆变换方法,结合SHPB测得的入射波与透射波数据,使用推导的理论公式计算出理论解,并与实验结果进行了比较。结果表明:（1）梯度钛-硼化钛材料由于内界面和叠层界面的存在,表现出一定的黏性特性;单层Ti-TiB₂材料的计算结果和三波法分析得到的结果基本一致,双层Ti-TiB₂材料叠合后的计算结果与三波法分析结果存在一定的差异。（2）双层碳纤维树脂材料表现出较强的黏弹性特征,应力波的衰减幅度较大,三波法分析结果与该材料的冲击性能有较大的差异。由此可知,无论是细微观结构特征产生的黏性,还是材料本身的黏性,对材料动力学行为的影响都不可忽略。。     

Laplace变换法研究SHPB实验中试件的黏弹性波传播问题

对分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB) 实验中试件的黏弹性波传播的控制方程组进行Laplace 变换,并结合恰当的初始-边界条件求解,得到变换域的应力、速度、应变等变量的像函数的精确表达式. 采用该方法处理SHPB 实验中涉及黏弹性试件内部应力非均匀性问题,并给出数值反变换解. 作为特例,对于弹性试件分别采用级数展开法和留数定理进行反Laplace 变换,从而给出弹性夹层介质中应力波传播问题的解析解.      

USING LAPLACE TRANSFORM TO SOLVE THE VISCOELASTIC WAVE PROBLEMS IN THE SHPB EXPERIMENTS

对分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB) 实验中试件的黏弹性波传播的控制方程组进行Laplace 变换,并结合恰当的初始-边界条件求解,得到变换域的应力、速度、应变等变量的像函数的精确表达式. 采用该方法处理SHPB 实验中涉及黏弹性试件内部应力非均匀性问题,并给出数值反变换解. 作为特例,对于弹性试件分别采用级数展开法和留数定理进行反Laplace 变换,从而给出弹性夹层介质中应力波传播问题的解析解.     

基于能量原理的大规模地下爆炸不可逆位移计算方法

岩体是复杂的等级构造地质体,在高地应力作用下,因摩擦和粘结作用,内部封存能量,可看作具有内部能量源和能量汇的介质。基于岩体块系构造, 对岩体在扰动下的运动积分和等效动能进行分析,提出了在高地应力赋存环境中岩体受爆炸地震波扰动下的等效地冲击能量因子,并给出了大规模地下爆炸诱发远区局部不可逆范围的计算公式。与G.G.Kocharyan等基于块体运动分析给出的计算公式比较表明,本文中提出的计算理论物理过程清晰,更具有适用性。     

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。     

含能微球敏化乳化炸药水下爆炸能量输出特性研究

将内部含有烷烃的含能微球引入乳化基质,得到一种新型乳化炸药。采用水下爆炸实验探究微球质量分数对乳化炸药水下爆炸性能的影响,得到含能微球质量分数为0.2%～7%的乳化炸药水下爆炸冲击波压力-时程曲线。依据压力结果,通过公式计算和分析得到炸药的水下冲击波峰值压力、比气泡能、比冲击波能以及比爆炸能等水下爆炸参数。实验结果表明:含能微球质量分数0.2%的乳化炸药的峰值压力最大,并且随着微球质量分数增大而下降;乳化炸药的比气泡能随着含能微球质量分数的增大先上升再下降,微球质量分数为4%的比气泡能最大;乳化炸药的爆速、比冲击波能以及比爆炸能均随着含能微球质量分数的增大而下降。     

台阶地形爆破振动放大与衰减效应研究

基于台阶地形爆破振动数值模拟与边坡振动监测实验，研究台阶地形爆破振动速度在传播过程中高程放大效应的产生及变化规律。结果表明，单个台阶坡顶质点的振动速度放大效应是在距爆源一定距离、达到一定高差的条件下产生的；坡顶质点振动速度放大倍数并不随台阶高度的增加而单调增加，在台阶高度超过某一临界值后，放大倍数随台阶高度的增加而减小。台阶高程对爆破振动速度既有放大作用，同时也随高度的增加产生衰减作用。根据模拟计算及现场观测数据分析结果，给出了台阶地形爆破振动速度预测模型，该模型为类似边坡工程的爆破地震波传播规律研究提供一定的参考。     

城市地下浅埋管沟可燃气体爆炸的灾害效应 (Ⅰ):冲击波在地面的传播

城市地下浅埋管沟燃气爆炸事故会造成严重的灾害后果,然而目前针对长直空间内的爆炸荷载通过泄爆口向外传播规律的研究较少。以此类事故为基础,基于前期进行的长直泄爆空间可燃气体爆炸试验,利用FLACS软件,对城市地下浅埋管沟内可燃气体爆炸冲击波超压通过泄爆口到达地面后的分布进行了数值模拟,揭示了管沟内燃气爆炸冲击波在地面的传播规律。结果表明:传播到地面的爆炸冲击波会产生2个特征超压峰值Δp₁和Δp₂;Δp₁较小,主要由压缩波引起,Δp₂为最大超压峰值,主要由火焰波引起;Δp₂随着与泄爆口之间的距离d的增大而逐渐减小,且各方向上数值的差异性较大,其中在沿管沟截面的短边方向上,呈对称衰减的趋势;Δp₂与d大致满足指数函数关系,且拟合度均高于98.8%。     

各向异性粘弹性多孔截止中平面波的传播

This study discusses wave propagation in perhaps the most general model of a poroelastic medium. The medium is considered as a viscoelastic, anisotropic and porous solid frame such that its pores of anisotropic permeability are filled with a viscous fluid. The anisotropy considered is of general type, and the attenuating waves in the medium are treated as the inhomogeneous waves. The complex slowness vector is resolved to define the phase velocity, homogeneous attenuation, inhomogeneous attenuation, and angle of attenuation for each of the four attenuating waves in the medium. A non-dimensional parameter measures the deviation of an inhomogeneous wave from its homogeneous version. An numerical model of a North-Sea sandstone is used to analyze the effects of the propagation direction, inhomogeneity parameter, frequency regime, anisotropy symmetry, anelasticity of the frame, and viscosity of the pore-fluid on the propagation characteristics of waves in such a medium.     

非均匀吸收介质中地震波的广义传播矩阵解法

本文在复频域内,通过应用混合变量粘弹性波方程和线性常微分方程组的指数矩阵解法,给出了一种计算非均匀吸收介质中地震波传播的广义传播矩阵解法。该方法适用于各种粘弹性模型,可模拟任意震源及所产生的各种体波、面波,数值结果表明具有很高的计算精度。     

Numerical prediction of rock mass damage due to accidental explosions in an underground ammunition storage chamber

Accidental detonations in an underground ammunition storage chamber inside a rock mass may cause severe damage to the rock mass around the chamber, adjacent tunnels and chambers, ground surface, and in the worst case cause sympathetic detonation of explosives in adjacent storage chambers. To prevent such damage, underground ammunition storage chambers are often situated at minimum depth below the ground surface, and spaced at minimum distance from each other, so that damage, should it occur, is limited to the accidental chamber. Different codes and regulations for ammunition storage chambers specify minimum embedment depth and separation distance for underground ammunition storage chambers. They are usually given in terms of the rock mass properties and the weight of explosive stored in chambers. Some empirical formulae, usually based on the peak particle velocity of the stress wave or the maximum strain of the rock mass, are also available to estimate the damage zones in the rock mass from an explosion. All these empirical methods do not include the effects of explosion details, such as the loading density, chamber geometry and explosive distribution. In this paper, a previously calibrated numerical model is used to estimate the damage zones in a granite mass resulting from an accidental explosion in an underground ammunition storage chamber. Effects of various explosion conditions on rock mass damage are investigated. On the basis of the numerical results, some empirical formulae are derived to predict damage zones around the explosion chamber, as well as safe embedment depth of the storage chamber and safe separation distance between adjacent chambers. The numerical results are also compared with available empirical formulae and code specifications. It should be noted that the characteristics of stress wave propagation around an ammunition storage chamber has been published in a preceding paper (Int. J. Blast. Fragm. 5:57–90, 2001.