基于SPH-FEM耦合法的土体爆炸效应数值研究

岩土体爆炸破坏问题是岩土工程领域的研究热点,为开展小当量集团装药在不同埋置深度时的土中爆炸效应分析研究,在LS-DYNA框架内建立基于光滑粒子流体动力学-有限元耦合方法（SPH-FEM）的砂土地基爆炸效应分析模型。计算结果表明：浅埋装药时最大爆坑深度到达时刻远在最大爆坑直径之前,地基表层砂土体剪切流场对爆坑直径的发展具有决定性作用;随着药包埋置深度的增加存在一个临界爆坑直径,爆坑直径近似认为只与药包当量和埋置深度相关,经简化与经验假定之后得到的爆坑直径与埋药深度之比与比例距离近似呈直线关系;砂土中爆炸波在近区表现为强间断的冲击波形式,压缩作用是造成近区砂土大变形流动的主要因素,而在爆炸远区则转变为连续的应力波形式;土中爆炸波峰值压力随比例爆距的衰减规律与经验曲线基本一致。研究结果可以为地基工程的抗爆设计及加固提供参考。     

论分段药包间砲泥的作用

在使用分段装药的爆破工作中,(石包)眼内药包传爆距离主要是决定于中间介质((石包)泥)的性质,在第二段药包中是否有起爆药象雷汞一样敏感的电雷管,以及首先爆破的药包的药量。研究中确定了通过不同介质(粘土与砂和水的混合物)的最大传爆距离。认为在     

基于统一强度理论的灰土桩复合地基挤密影响区半径计算

灰土桩复合地基因桩体鼓胀变形使得桩间土体挤密,可以确定其挤密影响区范围,对评价地基加固效果有着十分重要的意义。采用统一强度理论,结合桩土变形协调条件,推导出复合地基沉降量与挤密影响区半径的关系式,并讨论不同b值、不同桩径d、不同深度条件下挤密影响区半径的变化趋势及影响特性。研究表明,挤密影响区半径随着地基深度的增加而减小,灰土桩最佳挤密深度范围为桩顶至1/3桩长深度之间;挤密影响区半径在1.51d～1.68d（d为桩径）之间,增大d可以有效扩大挤密影响区半径;应考虑中间主应力效应对岩土材料强度发挥的积极作用。     

钢管爆炸破坏的数值模拟分析与试验研究

在三峡工程二期下游围堰拆除爆破中,其难点问题为混凝土防渗墙的一次性爆破拆除成功。由于混凝土防渗墙内有预埋的灌浆钢管及固定钢管的保持架,这种结构在以往的围堰水下防渗墙爆破拆除工程中是没有先例的。如果混凝土防渗墙爆破拆除仅仅只将混凝土爆碎,而钢管不炸断、保持架不松散则会使爆渣的水下开挖无法进行,因此将混凝土预埋灌浆钢管炸断及保持架炸散是关系到二期下游围堰拆除爆破成败的关键问题。针对这一问题,利用ANSYS/LS-DYNA计算软件和现场试验,研究了不同装药结构、药包直径等因素对钢管爆炸破坏效果的影响,讨论了钢管爆炸炸断破坏形态与装药结构之间的关系,在此基础上确定钢管爆炸炸断破坏的合理爆破参数及装药结构形式。二期围堰爆破拆除结果表明研究成果是可靠的。     

孔隙水压力及炸药埋深对堤坝爆炸效应的影响分析

爆炸荷载作用下的堤坝破坏形态研究在国防以及工程应用中都具有重要意义。为了研究堤坝在不同爆炸工况下产生的破坏形态,在LS-DYNA软件框架内,建立了适合于爆炸荷载作用下土体动力分析的实用模型,并基于多物质ALE法,对均质土坝遭受爆炸袭击开展了仿真分析,得到了不同炸药埋深以及不同孔隙水压力上升程度下的堤坝爆炸弹坑形态。结果表明,随着炸药埋深的增加,堤坝弹坑尺寸具有增大的趋势,但当埋深超过一定范围,则无法形成弹坑;同时,爆炸荷载作用下含水土体的孔隙水压力发展对弹坑的形成具有重要影响,孔隙水压力上升程度越强,产生的弹坑尺寸就越大。研究结果可以为堤坝抗爆安全设计以及爆破拆除堰塞坝等工程提供参考。     

岩石中柱状装药爆炸能量分布

岩石中装药爆炸产生的爆破能量可分为爆炸冲击波能量和爆生气体膨胀能量。对爆炸能量分布的理论分析有助于改善爆破效果,提高爆破质量。在柱状耦合装药情况下,分析了冲击波作用下岩石变形和破坏的特点、爆生气体对爆腔的扩腔作用,考虑了在岩体的损伤情况下爆生气体对裂纹的驱裂作用。计算结果表明：埋深在临界深度以下时,岩石中柱状装药爆破冲击波做功消耗的能量约占爆炸总能量的40 %,剩余爆生气体能量中用于扩腔和扩展主要裂隙的能量约占总能量的23 %,剩余大约37 %的能量中有小部分能量用于新增裂纹数目,而大部分损失掉了。     

不同地应力条件下双孔爆破的数值模拟

考虑岩石介质的非均匀性,把爆破过程视为爆炸应力波和爆生气体压力共同作用的结果,基于损伤力学理论建立了岩石爆破的力学模型,并对不同地应力条件下岩石双孔爆破裂纹演化规律进行了数值模拟,分析了不同侧压力系数和埋 深对裂纹扩展规律的影响。数值模拟结果表明：①爆炸应力波导致裂纹的萌生,爆生气体压力则会使裂纹进一步扩展和贯通; ②裂纹演化过程与地应力密切相关,裂纹扩展的主方向趋于最大地应力方向;③随着埋深增加和初始地应力增大,裂纹扩展半径和裂纹区面积减小,地应力对爆破致裂的抑制作用明显。     

爆炸成腔后土体物理力学性能的变化规律

在6块不同的土质场地完成了21次爆炸成腔试验,试验用炸药埋深为1.20～12.5 cm,起爆药量为0.05～51 kg。对其中的5个腔体进行了土工试验。对爆后土体的天然密度、孔隙比、饱和度、压缩系数、压缩模量、内摩擦角、黏聚力的分布规律进行了实测。试验结果表明,爆炸作用对土体的影响半径是爆炸成腔半径的4～6倍。土体的天然密度、干密度、饱和度、压缩模量和黏聚力等指标随土体距爆炸中心距离的增大而降低。土体的孔隙比、压缩系数和渗透系数等指标随土体距爆炸中心距离的增大而提高。未在腔壁附近发现密度低于原状土的低密度区。爆炸冲击作用对土体内摩擦角的影响规律不明显。     

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。     

水压拆除爆破的几点体会

文章通过几项实例,指出在进行水压爆破施工确定药量和药包分布,布置时要充分考虑构筑物的结构与形状特点,并根据其特点对计算参数值要予以相应调整,同时还指出单位体积药量值随构造物长宽比的不同而变化,可为类似工程施工提供参考。     

Surface expression of the Chicxulub crater

Analyses of geomorphic, soil, and topographic data from the northern Yucatan Peninsula, Mexico, confirm that the buried Chicxulub impact crater has a distinct surface expression and that carbonate sedimentation throughout the Cenozoic has been influenced by the crater. Late Tertiary sedimentation was mostly restricted to the region within the buried crater, and a semicircular moat existed until at least Pliocene time. The topographic expression of the crater is a series of features concentric with the crater. The most prominent is an approximately 83-km-radius trough or moat containing sinkholes (the Cenote ring). Early Tertiary surfaces rise abruptly outside the moat and form a stepped topography with an outer trough and ridge crest at radii of approximately 103 and approximately 129 km, respectively. Two discontinuous troughs lie within the moat at radii of approximately 41 and approximately 62 km. The low ridge between the inner troughs corresponds to the buried peak ring. The moat corresponds to the outer edge of the crater floor demarcated by a major ring fault. The outer trough and the approximately 62-km-radius inner trough also mark buried ring faults. The ridge crest corresponds to the topographic rim of the crater as modified by postimpact processes. These interpretations support previous findings that the principal impact basin has a diameter of approximately 180 km, but concentric, low-relief slumping extends well beyond this diameter and the eroded crater rim may extend to a diameter of approximately 260 km.     

Blast simulation of explosives buried in saturated sand

Shallow buried explosives pose a significant threat to lightweight vehicles and their onboard personnel. To date, designers of lightweight vehicles are limited in their knowledge of what occurs during the blast. The high intensity, short term loading imparted by the explosion is enormously complex and can be significantly affected by a number of parameters including the size, shape, type, detonation point and depth of burial (DOB) of the explosive and the type, density and water content of the soil. Recent advancements in numerical simulations have enabled the complex blast event to be accurately modelled by coupling Eulerian and Lagrangian analyses: the former is well suited to modelling the blast and while the latter, the structural response. Further validation of the modelling technique is considered in the current paper, which details simulations performed utilising the coupled Eulerian-Lagrangian analysis to study the blast output of explosives buried in saturated sand. These experiments varied explosive charge size, its depth of burial, the target stand-off (SO) distance and the dimensions of the target plate. The investigation concludes with a discussion of the accuracy of the numerical simulations when compared with the experimental observations.     

变埋深条件下饱和土爆炸能量耦合系数的试验研究

通过在? 2.5 m×5 m模拟爆炸装置中进行了饱和土爆炸试验。利用自由场试验研究了饱和土在不同埋设深度条件下的爆炸问题,得到了相应的爆炸破坏效应的宏观特征和压力实测波形,并对测试结果进行了分析,得到了饱和土中爆炸波传播规律,并通过试验得到耦合系数的试验数据,绘制了耦合系数曲线。实验结果表明,对于封闭爆炸最小比例埋深为2.62 m/kg1/3,当比例埋深大于2.62 m/kg1/3时,峰值压力与动量受比例埋深的影响不大,此时爆炸能量基本被封闭在饱和土中。     

基于地表冲击荷载作用下的城市地下空间结构动力响应分析

由于地震效应、重载车辆的震动效应或由于不同爆炸物引起的强烈冲击效应,都会给城市地下空间结构带来较大的影响。通过土体的混凝土改进剑桥动力本构模型和混凝土塑性损伤本构模型,建立地表爆炸冲压荷载简化计算模型,对城市地下空间结构在TNT当量100 kg的炸药爆炸冲压荷载作用下进行了动力分析,研究了结构埋深、土体刚度对结构动力响应的影响,分析了远场爆炸地震波作用下地下空间结构的动力响应。计算结果表明,地下空间结构中部顶板产生了轻微的拉伸损伤;当埋深小于5 m时,结构动应力响应较大;结构覆盖土刚度越小,土对爆炸能量的吸收作用越显著;由于爆炸产生的地震波频率高,其对结构动应力的影响较小。研究结果对地下结构的抗爆设计具有一定的参考意义     

岩溶土洞稳定临界深度的初步研究

在岩溶土洞发育地区进行工程建设时需要确定土洞是否会发展成地面塌陷和对工程结构物稳定性有影响,分析表明土洞临界深度可作为评价土洞稳定和加固深度的依据。本文采用有限元分析方法,以土洞塑性区贯通至地面或路基表面作为土洞发展成地面塌陷和临界深度的标准。研究表明,土洞的临界深度与土洞形状、土洞尺寸、位置和路基填土厚度有关;土洞断面形状为圆形时临界深度最小,土洞尺寸越大,路基填土越厚,相应土洞临界深度越大。      

Al Wahbah volcanic explosion crater, Saudi Arabia

Al Wahbah, on Harrat Kishb, is the most spectacular of several volcanic explosion craters found on the lava fields of western Saudi Arabia. A Quaternary phreatic event drilled out a crater 2 km in diameter through Proterozoic basement rocks and Quaternary lava flows. The crater is rimmed with a tuff ring of debris from the explosion, around which were diverted Holocene basaltic lavas.     

Prediction of peak particle velocity and peak air pressure generated by buried explosion

Summary Three sets of different formulae expressed as functions of dynamic elastic constants of rock and some design parameters involved in a buried explosion are derived explicitly for the prediction of peak particle velocity (PPV) and peak air pressure (PAP). Separate equations are derived to estimate PPV and PAP for inside, outside, and at the boundary of the crater zone. The equations incorporate the physical parameters including (i) longitudinal wave velocity, (ii) shear wave velocity, (iii) density of rock, (iv) characteristic impedance of air, (v) detonation pressure of explosive, (vi) depth of hole, (vii) radius of hole, (viii) distance of the measuring transducer. Suggested equations are tested for a few hard and medium-hard rocks. Characteristic features and important conclusions are described.