巖土中的沖擊爆炸效應(yīng)

前言

　　本書總結(jié)與介紹了近年來巖、土中侵徹（沖擊）與爆炸效應(yīng)的試驗(yàn)研究與理論研究成果。　　在巖、土中發(fā)生彈體侵徹與爆炸時(shí)，巖、土介質(zhì)中達(dá)到了很高的應(yīng)力，獲得了很高的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度，產(chǎn)生了一系列現(xiàn)象。對(duì)于工程問題來說，最為關(guān)心的是侵徹與爆炸時(shí)，巖、土介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)如何確定，巖、土介質(zhì)的變形和破壞現(xiàn)象如何定性描述與定量計(jì)算。很長(zhǎng)時(shí)間以來，直至目前，工程計(jì)算中確定上述參數(shù)和計(jì)算巖、土介質(zhì)的變形和破壞主要依賴試驗(yàn)公式，而試驗(yàn)公式大都是依據(jù)能量原則在幾何相似的基礎(chǔ)上整理試驗(yàn)成果而得。但是實(shí)際的巖體非常復(fù)雜，其中最主要的是巖體為一非均勻、非連續(xù)構(gòu)造的地質(zhì)體，并具有初始地應(yīng)力。構(gòu)造現(xiàn)象的千變?nèi)f化都在顯著的程度上對(duì)上述參數(shù)，對(duì)介質(zhì)的變形和破壞起著重要作用。實(shí)際的土體也呈現(xiàn)復(fù)雜多變的性質(zhì)：含水和不含水的；含氣和不含氣的；土體中孑L隙與大氣相連或不相連的；土體中空氣成分是封閉的或不封閉的。另一方面，侵徹與爆炸的方式與條件也是變化多端，彈體有大有小、有尖有鈍、有長(zhǎng)有短，侵徹有正、斜之分；爆炸或?yàn)樯盥竦叵路忾]或?yàn)闇\埋，裝藥可填滿空腔，也可不填滿空腔，裝填密度也不千篇一律。上述的種種情況造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散很大，試驗(yàn)公式彼此誤差很大，最終造成預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的困難，甚至對(duì)于侵徹和爆炸的近區(qū)參數(shù)無法預(yù)測(cè)，連基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的爆炸現(xiàn)象的定性描述也出現(xiàn)很大的偏差?！　∫虼耍匾墓こ谭雷o(hù)以及確保大規(guī)模地下爆破的安全作業(yè)都要求在試驗(yàn)上和理論上繼續(xù)對(duì)巖、土中侵徹和爆炸效應(yīng)進(jìn)行全面、系統(tǒng)、深入的研究。爆炸效應(yīng)試驗(yàn)研究的全面性、系統(tǒng)性和深人性首先體現(xiàn)在層次性上。為了排除復(fù)雜因素抓住本質(zhì)因素，為了能進(jìn)行大批量試驗(yàn)研究，首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室條件下的均勻介質(zhì)中的模擬研究，然后在實(shí)驗(yàn)室條件下陸續(xù)增加介質(zhì)不均勻性、不連續(xù)性的模擬情況，進(jìn)行包括地應(yīng)力、裂隙、淺埋爆炸自由地表面影響的室內(nèi)模擬研究，最后還必須進(jìn)行實(shí)際巖體中的試驗(yàn)研究，其全面和系統(tǒng)性體現(xiàn)在分區(qū)地研究爆炸效應(yīng)：近區(qū)破壞區(qū)的效應(yīng)、遠(yuǎn)區(qū)地震區(qū)的效應(yīng)以及不可逆變形區(qū)的效應(yīng)。上述內(nèi)容構(gòu)成了第2章。為了保證模擬成果的準(zhǔn)確性，減少誤差，第2章中還深入研究了爆炸中介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的相似規(guī)律，特別探討了炸藥能量在爆炸產(chǎn)物和介質(zhì)運(yùn)動(dòng)之間的分配?！　”ㄐ?yīng)理論研究的全面系統(tǒng)性表現(xiàn)在：一方面總結(jié)了彈性動(dòng)力學(xué)理論在爆炸遠(yuǎn)區(qū)——彈性區(qū)的研究成果，特別是系統(tǒng)研究了自由地表面的影響，即裝藥埋深的影響和地表地震動(dòng)參數(shù)的確定；另一方面總結(jié)與介紹了20世紀(jì)60年代以來以俄羅斯學(xué)者為首的在近區(qū)——破壞區(qū)的所謂“短波”和“弱波”方面的研究成果。

內(nèi)容概要

本書全面介紹了國(guó)內(nèi)外以及作者團(tuán)隊(duì)在巖土沖擊爆炸動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域試驗(yàn)研究和理論研究的最新成果。這些研究以連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和應(yīng)力波理論為基礎(chǔ)；緊密聯(lián)系巖土介質(zhì)的物理力學(xué)特性和幾何邊界；既考慮巖土介質(zhì)的均勻、固相特點(diǎn)，又考慮了巖土介質(zhì)的非均勻、非連續(xù)和多相多組分的特點(diǎn)；適度研究了沖擊爆炸能量在巖土介質(zhì)中的時(shí)空轉(zhuǎn)化及其尺度效應(yīng)。通過本書可以確定巖土中爆炸時(shí)和誘生爆炸波時(shí)以及彈體在巖土中侵徹時(shí)介質(zhì)和彈體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和力學(xué)參數(shù)。    本書可供從事爆炸力學(xué)、巖土工程、采礦工程、地震工程以及爆破工程、防護(hù)工程的科技人員和高等院校的教師、研究生參考。

書籍目錄

第1章  巖體中的侵徹效應(yīng)  1.1  巖體中的試驗(yàn)現(xiàn)象和問題的提出  1.2  彈體侵徹巖體深度的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算  1.3  巖石中侵徹局部變形與破壞特點(diǎn)  1.4  半無限介質(zhì)中侵徹計(jì)算方法  1.5  半無限介質(zhì)中高速侵徹效應(yīng)  1.6  半無限介質(zhì)中斜侵徹計(jì)算方法  1.7  半無限分層介質(zhì)中的侵徹計(jì)算方法  1.8  巖層的貫穿局部效應(yīng)計(jì)算  參考文獻(xiàn)第2章  巖石、巖體中爆炸效應(yīng)的試驗(yàn)研究  2.1  巖石和巖體的物理力學(xué)特性  2.2  巖土中爆炸波的基本參數(shù)及其相似關(guān)系的研究  2.3  巖石中爆炸效應(yīng)的試驗(yàn)研究  2.4  巖體中爆炸效應(yīng)若干問題的室內(nèi)試驗(yàn)研究  2.5  實(shí)際巖體中爆炸效應(yīng)的試驗(yàn)研究  2.6  巖土中爆炸拋擲效應(yīng)的試驗(yàn)研究  參考文獻(xiàn)第3章  土、巖石的動(dòng)力強(qiáng)度和破壞準(zhǔn)則  3.1  土的破壞準(zhǔn)則和土的動(dòng)力強(qiáng)度  3.2  巖石、巖體的動(dòng)力強(qiáng)度與動(dòng)力破壞準(zhǔn)則  參考文獻(xiàn)第4章  巖體中爆炸效應(yīng)的理論研究  4.1  問題的提出  4.2  地下爆炸時(shí)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)、變形與破壞特性  4.3  地下爆炸非彈性區(qū)波的傳播分析  4.4  地下爆炸彈性區(qū)波的傳播分析  4.5  自由表面對(duì)地下爆炸效應(yīng)的影響  4.6  巖體構(gòu)造非均勻變形特性分析  4.7  爆炸法破碎巖石的計(jì)算原理  參考文獻(xiàn)第5章  非飽和土中的爆炸效應(yīng)  5.1  問題的提出  5.2  非飽和土中爆炸試驗(yàn)研究  5.3  非飽和土平面爆炸波在自由場(chǎng)的傳播  5.4  非飽和土球面爆炸波的傳播  5.5  不均勻介質(zhì)中平面波的傳播  5.6  爆炸波在剛壁障礙物的反射  參考文獻(xiàn)第6章  飽和土中的爆炸效應(yīng)  6.1  問題的提出  6.2  飽和土介質(zhì)物理特性  6.3  飽和土介質(zhì)中波傳播問題的試驗(yàn)研究  6.4  爆炸波作用下飽和土動(dòng)力模型研究  6.5  飽和土中平面爆炸波的傳播規(guī)律  6.6  飽和土中球面爆炸波的傳播規(guī)律  參考文獻(xiàn)第7章  飽和土中的爆炸液化  7.1  問題的提出  7.2  爆炸載荷下飽和土中孔隙水壓力的變化規(guī)律  7.3  爆炸液化數(shù)值模擬模型  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　由于這個(gè)原因，通過試驗(yàn)資料處理所得到的經(jīng)驗(yàn)公式就成為這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)研究的主要成果。但是這種純實(shí)驗(yàn)方法的主要缺點(diǎn)是，當(dāng)彈體比例變化極大以及其它原始參數(shù)變化極大超越出試驗(yàn)進(jìn)行的范圍時(shí)，結(jié)果的推算是不太可靠的?！　?.2　彈體侵徹巖體深度的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算　　鉆地武器侵徹巖石深度的研究是防護(hù)工程領(lǐng)域當(dāng)前所關(guān)注的問題之一。彈體侵徹深度的實(shí)用計(jì)算大都采用基于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法?！　∷^經(jīng)驗(yàn)法是用量綱分析或其它方法，給出某一有待定常數(shù)的關(guān)系式，然后通過彈道試驗(yàn)，確定這些常數(shù)。它主要是通過彈道試驗(yàn)（包括原形試驗(yàn)和模型試驗(yàn)，原形試驗(yàn)準(zhǔn)確而不經(jīng)濟(jì)，模型試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)但技術(shù)要求高），結(jié)合少量假設(shè)，建立侵徹的初始條件與最終結(jié)果之間的關(guān)系，但不能給出中間結(jié)果。由于沖擊侵徹現(xiàn)象的復(fù)雜性，所以在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)該問題的實(shí)用計(jì)算都是以試驗(yàn)為基礎(chǔ)的，并根據(jù)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了計(jì)算侵徹深度的經(jīng)驗(yàn)公式，用于工程設(shè)計(jì)計(jì)算?！　〗⒔?jīng)驗(yàn)公式的方法大體有兩種：一種是直接對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)回歸分析建立的經(jīng)驗(yàn)公式，又稱純經(jīng)驗(yàn)公式；一種是預(yù)先假定作用在彈體上的阻力變化規(guī)律，運(yùn)用剛體運(yùn)動(dòng)方程推導(dǎo)出計(jì)算公式，再利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)資料修正或確定公式中的常數(shù)，這種方法又稱半經(jīng)驗(yàn)半理論公式?！　〗?jīng)驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)是抓住了侵徹問題的主要矛盾，能反映問題的主要影響因素，且使用簡(jiǎn)便、計(jì)算可靠度較高，因此目前各國(guó)有關(guān)防護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范或計(jì)算手冊(cè)中，基本還是采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算彈體的侵徹深度。其缺點(diǎn)在于試驗(yàn)費(fèi)用高，適用范圍窄，公式只反映侵徹的初始情況與最終結(jié)果之間的關(guān)系，不能描述侵徹過程，不能說明相互作用機(jī)理，不能準(zhǔn)確分析侵徹過程中彈體所受到的阻力。　　目前應(yīng)用較廣的侵徹巖石的經(jīng)驗(yàn)公式主要有美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)中心（SNL）的Young公式和美國(guó)陸軍水道實(shí)驗(yàn)站（wEs）的Bemard公式，我國(guó)通常使用的是由“別列贊”公式修正而來的經(jīng)驗(yàn)公式。

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