爆炸波特征及能量分配的实验研究_赵建平

击波区 、 应力波区及爆生气 体膨胀作用区 , 并就分离各区 的爆炸波基 本特点 、 能量分配 及衰减特 征开展 了定 量研究 。 结果表明 : 在距离炮孔中心 线 40R 0 的测点范围内同 时受到爆炸 冲击波 、 应力波 和爆生 气体膨 胀的 共同作用 ; 爆炸波作用过程是高加载 率下的冲击波压应力 、 应力波拉压应力和爆生气体膨 胀的准静态作用的 联合复杂作用过程 ; 爆炸波 总能量传递率 G t 为 31. 8% ) 46. 9% ; 3 种能 量中 , 爆炸冲 击波 、 应力 波和爆 生气 体膨胀作用能量传递率 G i分别为 31. 0% ) 40. 8 %、 0 . 31% ) 0. 98% 和 0. 52% ) 4 . 9 % ; 分离 各区的能量 传递 率、 比能和能量均随到爆源 距离 R 的增大而衰减 , 衰减幅度随 R 的增大而加快 。 关键词 : 爆炸波 ; 识别和分离 ; 能量分配 ; A 衰减 ; 爆破机理 中图分类号 : O 382 文献标识码 :
言
炸药爆炸将在岩体类结构近中区激起瞬时爆炸 冲击波、 应力波及爆生气 体膨胀的作用 ( 总称为爆 炸波 ), 三 者 的 共 同 作 用 直 接 导 致 了 结 构 的 破 坏
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。通过实验方法定量研究结构近中区激起的
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爆
破
2009年 3 月
瞬时爆炸波及分离后的各波作用特征、 能量分配及 衰减等基本特征 , 对爆炸能的精确安全利用、 结构的 # 有效防护、 岩 体在 高加 载率下 ( 加 载应 变率 E > 10 / s)的本构关系以及爆炸地震波震源特性等研究 具有非常重要的工程背景和现实意义。 目前, 很多学者就爆轰引起的结构近中区爆炸 波开展了试验研究 , 徐国元 、 邱贤德 、 李清 等利用超动态应变测试系统对岩体或水泥模型中的 爆炸波开展了试验研究; 韩秀凤
第 26 卷
第 1期
2009 年 3 月
爆 破 BLASTING
Vo. l 26 N o . 1 M ar . 2009
文章编号: 1001- 487X ( 2009) 01- 0001- 05
爆炸波特征及能量分配的实验研究
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赵建平 , 徐国元
( 1. 中南大学 , 长沙 410083; 2. 华南理工大学 , 广州 510641) 摘 要: 通过对测试到的 距爆源 8) 16 cm 范围内的径向爆炸波 信号的识 别和分 离 , 将 爆炸波 分为爆 炸冲
The explosion wave was div ided into explosion sho ck wave and stress w ave and detonation g as action
areas through recognized and sepa rated the rad ia l explosion w ave s igna ls m easured in the range of 8) 16 c m fro m blast source , and the basic character istics , energy d istr ibu tion and a ttenuate ru le of each area of exp lo sion w ave were quantita tive ly stud ied . T he resu lts show that the m easure po ints in the range of 40R 0 fro m center line o f boreho le were acted together o f exp lo sion shock w av e and stress w av e and de tonation gas ; The process o f exp los ion w av e ac tion w as the co m plicated co mb ined ac tion o f co m pressive by sho ck wave and tensile by stress wave and quasi static e ffect by de tonation gas. T he to ta l energy transm itting ra tio G t o f explosion w ave w as 31 . 8% ) 46. 9% and G i o f the three kinds of separated exp losion w av e w ere 31 . 0% ) 40. 8% , 0. 31% ) 0 . 98 % and 0. 52% ) 4 . 9% respectively . T he ene rgy trans m itting ratio and spec ia l energy and energy of separa ted exp losion w ave w ere decreased w ith d istance increas ing , but the a ttenuate a m plitude increased rap id ly w ith distance increasing .
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350 mm, 模型中间预留深 250 mm、 直径不同的装药 孔。每块模型预埋 4) 6 个径向应变片 , 应变片埋设 深度 19 cm, 图 1 为试验模型图。
以 0 . 11 g 粉末氮
图 1 混凝土试验模型 F ig 1 Exper i m enta lm ode ls of concrete
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式中, E 为弹性模量, GPa; E d ( t )为实测动应变。 混凝土标准试件在 Instron 电液伺服材料试验 # -5 机上测得静载下的应 变率为 E = 2 . 7 @ 10 / s ,在 爆炸动载荷作用下, 混凝土的应变率为 # E = dE /d t
续作用时间相当, 均约 23 Ls。各分区作用时间和波 形特点为 : 1)爆炸冲击波为短时、 高强的以 10 / s 的加卸 载应变 率变化 的非 周期 压力 脉冲 , 作 用时间 约 3 Ls, 爆炸冲击波上升时间大于下降时间为几分之一 微秒 , 如测点 ¹ 的峰值应力 - 1 200 M Pa , 上升时间 和下降时间分别为 1 . 1 Ls 、 0. 9 L s , 加卸载应变率峰
化铅和 0. 17 g 太安为爆源, 在 1) 5 mm 厚的有机玻 璃中用锰铜压阻法测到了几微秒内爆源底部输出的 冲击波压力峰值在 12 . 754 0) 2 . 694 3 GPa 之间; 文 尚刚
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在固体炸药爆轰实验中 , 采用 Y-YD-1254 型
石英传感器和少量 PVDF压力传感器测到了不同位 置处波峰在 1 . 23) 22 . 3 GP a 之间的爆炸冲击波 ; 焦 楚杰
Experim ental Study on Characteristics and Energy D istribution of ExplosionW ave
Z HAO J ian-p ing , XU Guo-yuan
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(1 . Central South University , Changsha 410083 , Ch in a ; 2 . South China Un iv ersity of T echno lo gy, Guangzhou 510641, Ch in a) A bstract :
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孔内装药为半径 R 0 = 4 mm、 长度 12 cm 的泰安 ( C5H 8O 12N 4 ), 装药密度 Q = 1 . 4 g , 爆速 6 000 m / s , 0 起爆采用 8 纸质普通瞬发电雷管。为保证堵塞效 果, 炮孔用摩擦系数大、 粘性好的红泥与细砂混和后 堵塞 , 堵塞长度 70 mm。为了消除模型四周自由面 对爆破效果的影响 , 在施爆时 , 混凝土防护板涂上黄 油, 夹制四周。 1 . 2 测试系统及传感器 测试系统由超宽频带高频响应 DC 激励型动态 应变仪, 数字波形记录仪器为 DL750 , 移动计算机和 特制静磁电屏蔽线路组成。试验中选用的应变片为 120 8 的箔式环氧酚醛类电阻应变片, 灵敏系数为 2 . 08 %。 1 . 3 爆炸波测试结果 实验共对 18个模型的 108 个测点进行了应变波 测试。炮孔为 < 28 mm 的不耦合爆炸时测到的一组 波形见 图 2 , 测点 ¹ 、 º、 » 在距离炮 孔位置 8 cm、 12 . 5c m、 16 cm 处, 负号表示压应力, 正号表示拉应 力。其它测试波形与图 2 类似, 仅以此为例。
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在多种类型钢纤维高强混凝土抗爆试验中 ,
用 MPS2000 锰铜压阻应力仪测到了几微秒内不同 测点处峰值在 1 . 19) 8 . 83 GPa 之间的爆炸冲击波。 以上文献对炸药爆轰或介质中的爆炸冲击波形进行 了研究 , 对认识爆炸波作用过程起到了推进作用, 然 而试验中若使用的是压力传感器 , 如 PVDF 等则不 能测定拉应变, 致使在测试数据上首先存在缺陷, 不 能反映爆炸的真实作用过程。由于爆炸本身的复杂 性、 近中区试验设备和试验技术难度的限制等原因 , 对于爆炸冲击波和冲击波后的拉伸相的测试只有个 [4 -5 ] 别文献获得 , 而对爆炸瞬间产生的爆炸冲击波、 应力波、 爆生气体膨胀共同作用过程 , 以及分离各波 的基本特征、 能量分配及衰减特征的定量研究还未 见文献报道。 通过混凝土模型中爆炸 波试验, 对距爆源 8) 16 cm 范围由爆炸产生的几十微秒的爆炸波全应变 信号进行了识别和分离, 并就分离后的爆炸冲击波、 应力波及爆生气体膨胀作用基本特征和加卸载应变 率进行了分析。基于岩石爆破机理, 就混凝土中爆 炸冲击波、 应力波和爆生气体膨胀作用在同一测点 处的能量分配和能量传递率 , 以及分离各波能量随 距离的衰减特征进行了定量研究。