CN109883599B - 一种水面爆炸对海底隧道抗暴能影响的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海底隧道抗暴领域，具体涉及一种基于应力波理论的水面爆炸对海底隧道抗暴能影响的试验方法。包括将模拟海底介质承载箱置于爆炸水箱中，在模拟海底介质承载箱内按照模拟海底介质上部、中部、底部分别布放改进型霍普金森测压装置，获取压力数据，研究爆炸冲击波分别在在海水介质、海底泥沙岩石介质中的传播规律；通过横竖支撑桁架连接辅助浮筒搭建实验平台，作为爆炸试验箱的定位固定装置，另外在海底介质底部布放透射介质，研究海面杂货船、油轮船爆炸对隧道安全性的影响；结合研究冲击波在海水介质、海底泥沙岩石介质中的传播透射规律，作用到海底隧道缩比模型上，进而研究冲击波对隧道缩比结构模型的影响。本发明安全可靠，前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于海底隧道抗暴领域，具体涉及一种基于应力波理论的水面爆炸对海底隧道抗暴能影响的试验方法。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，人民生活水平的提高，对交通出行提出了更高的需求，近些年地铁以及海底隧道得到了长足的发展，由于地下以及海底隧道环境空间密闭，大大增加了危险性系数。海底隧道在给人们带来巨大交通便利的同时,也存在一定的负面效应,海底地下交通系统空间小、通风条件差,一旦受到爆炸荷载的冲击,往往造成惨重的人员伤亡和重大经济损失，因此对其安全性相关研究具有重要的意义。
应力波传播理论是研究土体中埋置隧道在爆炸荷载作用下瞬态响应的重要工具。爆炸波在土体三相介质中的传播规律相当复杂,至今没有公认的合适的理论来进行计算,国内外学者在理论推导和数值模拟方面都进行了诸多研究,取得了一定的成果。Krymskii和Lakho采用考虑体积粘性的多组分介质模型,分析由球形炸药产生的冲击波在土中的传播过程,并采用有限差分法进行数值模拟,其中波的基本参数由现场试验获取。王明洋和钱七虎基于Ching和Lun的研究,在分析爆炸应力波通过颗粒状介质的特性时,考虑了颗粒体的拓扑结构及颗粒体之间的局部非线性相互作用,通过引进恢复系数,导出了考虑颗粒体间滑移和分离的弹塑性本构关系。赵跃堂、郑守军和郑大亮等进行了饱和土中爆炸冲击波传播规律的试验研究通过试验研究了砂土、粘性砂土中,钢筋混凝土结构在爆炸荷载作用下的动力响应和内部冲击环境等进行了一系列的离心机模型试验,重点研究了由低声阻材料制成的障碍物对埋置结构抗土中爆炸破坏的可行性的问题。李忠献、刘杨和田力采用有限元和无穷元混合的方法,建立了包括隧道、周围有限成层土区以及远场半无限土区的整体计算模型,分析了单侧隧道内意外爆炸荷载作用下双线地铁隧道的动力响应,以及爆炸侧隧道内设置泡沫铝防护材料对隧道衬砌的抗爆效果。
研究爆炸冲击波在海水以及海底介质中的传播规律以及爆炸荷载冲击波作用下埋置地下隧道的灾变机理具有非常重要的意义,以便采取必要的防护措施降低爆炸荷载对地下结构的破坏作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全可靠的基于应力波理论的水面爆炸对海底隧道抗暴能影响的试验方法。
一种基于应力波理论的水面爆炸对海底隧道抗暴能影响的试验方法，具体包括如下步骤：
步骤1、研究爆炸冲击波分别在海水介质、海底泥沙岩石介质中的传播规律；
步骤2、研究海面杂货船、油轮船爆炸对隧道安全性的影响；
步骤3、结合研究冲击波在海水介质、海底泥沙岩石介质中的传播透射规律，作用到海底隧道缩比模型上，进而研究冲击波对隧道缩比结构模型的影响。
所述一种基于应力波理论的水面爆炸对海底隧道抗暴能影响的试验方法，步骤1具体包括如下步骤：
步骤1.1、将模拟海底介质承载箱置于爆炸水箱中，在爆炸水箱中注入水，使模拟海底介质承载箱成漂浮状态；
步骤1.2、在模拟海底介质承载箱下方布放爆源；
步骤1.3、在模拟海底介质承载箱内按照模拟海底介质上部、中部、底部分别布放改进型霍普金森测压装置，获取压力数据，研究透射规律。
所述一种基于应力波理论的水面爆炸对海底隧道抗暴能影响的试验方法，步骤2具体包括如下步骤：
步骤2.1、通过横竖支撑桁架相固定连接辅助浮筒，搭建实验平台；
步骤2.2、通过水面上四个辅助浮筒对爆炸试验箱进行定位；
步骤2.3、将隧道缩比结构模型置于海底模拟介质中，整体置于冲击波透射介质之上，保证爆炸冲击波透射到海底介质中，研究冲击波在海底介质中的传播透射规律。
所述一种基于应力波理论的水面爆炸对海底隧道抗暴能影响的试验方法，分别在海底介质承载箱内部海底介质上部、内部、底部布置3个霍普金森测压装置，且各霍普金森测压装置呈阶梯布置，不置于同一垂直线上从上到下记1#、2#、3#霍普金森测压装置。
本发明的有益效果在于：
本发明提出了一种研究爆炸冲击波分别在在海水介质、海底泥沙岩石介质中传播规律以及评估海面杂货船、油轮船爆炸对隧道安全性影响的实验方法。本发明通过将模拟海底介质承载箱置于爆炸水箱中，在模拟海底介质承载箱内按照模拟海底介质上部、中部、底部分别布放改进型霍普金森测压装置，获取压力数据，研究了爆炸冲击波分别在在海水介质、海底泥沙岩石介质中的传播规律；同时本发明通过横竖支撑桁架连接辅助浮筒搭建实验平台，作为爆炸试验箱的定位固定装置，另外在海底介质底部布放透射介质，研究了海面杂货船、油轮船爆炸对隧道的安全性影响。本发明设计结构简单可靠，通过研究冲击波传递透射原理，进而探究了水面爆炸对海底隧道安全性影响，安全可靠，具有实际工程意义。
附图说明
图1为本发明的海底介质的冲击波透射反射机理试验示意图；
图2为本发明的隧道处于冲击波透射区与非透射区示意图；
图3为本发明的模型爆炸试验主视示意图；
图4为本发明的模型爆炸试验俯视示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如附图1所示，为本发明的海底介质的冲击波透射反射机理试验示意图；如附图2所示，为本发明的隧道处于冲击波透射区与非透射区示意图；如附图3所示，为本发明的模型爆炸试验主视示意图；如附图4所示，为本发明的模型爆炸试验俯视示意图。
一、基于应力波理论的水面爆炸对海底隧道抗暴能影响的试验方法中的结构
水面爆炸对隧道影响的实验方案相关部件有：模拟海底介质承载箱、海底模拟介质、爆炸水箱、冲击波透射介质、爆源、海水介质、霍普金森测压装置、水平支撑桁架、辅助浮筒、竖直支撑桁架、测自由场压力传感器、测壁压传感器、隧道缩比结构模型、爆炸试验箱。将模拟海底介质承载箱置于爆炸水箱中，在爆炸水箱中注入水，以使模拟海底介质承载箱成漂浮状态，模拟海底介质承载箱下方布放爆源，模拟海底介质承载箱内按照模拟海底介质上部、中部、底部分别布放改进型霍普金森测压装置，横竖支撑桁架相固定连接辅助浮筒，搭建实验平台，水面上四个辅助浮筒对爆炸试验箱进行定位，隧道缩比结构模型置于海底模拟介质中，整体置于冲击波透射介质之上，以保证爆炸冲击波透射到海底介质中，进而研究在海底介质中的传播透射规律。
二、原理及工作过程
本发明通过对爆炸冲击波分别在在海水介质、海底泥沙岩石介质中传播规律以及评估海面杂货船、油轮船爆炸对隧道安全性影响的实验方案设计，研究评估冲击波对海底隧道安全性影响。首先在试验场(或爆炸水池)开展隧道模型动力学毁伤试验分析，通过辅助浮筒之间通过横竖支撑桁架相固定连接，水面上四个辅助浮筒对爆炸试验箱进行定位，隧道缩比结构模型置于海底模拟介质中，整体置于冲击波透射介质之上，结合研究冲击波在海水介质、海底泥沙岩石介质中的传播规律，作用到海底隧道缩比模型上，进而研究冲击波对隧道缩比结构模型的影响。其次，为揭示冲击波在船体-水-海底介质间的传递规律，及其作用在海底介质上的载荷特性，开展冲击波在不同介质间的传播规律研究。利用壁面载荷测量传感器，捕捉由试验模型内爆传递到水中的冲击波特性；在水中布置自由场压力传感器，来测量冲击波在水中的传播特性；在底部泥土介质中布置壁面载荷测量传感器，以捕捉由水中传递到海底的冲击波特性，模拟海底介质承载箱内按照模拟海底介质上部、中部、底部分别布放霍普金森测压装置，以获取压力数据，进而研究透射规律。
Claims (2)
1.一种基于应力波理论的水面爆炸对海底隧道抗暴能影响的试验方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1、研究爆炸冲击波分别在海水介质、海底泥沙岩石介质中的传播透射规律；
步骤2、研究海面杂货船、油轮船爆炸对隧道安全性的影响；
步骤3、结合研究爆炸冲击波在海水介质、海底泥沙岩石介质中的传播透射规律，作用到海底隧道缩比结构模型上，进而研究爆炸冲击波对海底隧道缩比结构模型的影响；
所述步骤1具体包括如下步骤：
步骤1.1、将模拟海底介质承载箱置于爆炸水箱中，在爆炸水箱中注入水，使模拟海底介质承载箱成漂浮状态；
步骤1.2、在模拟海底介质承载箱下方布放爆源；
步骤1.3、在模拟海底介质承载箱内按照模拟海底介质上部、中部、底部分别布放改进型霍普金森测压装置，获取压力数据，研究传播透射规律；
所述步骤2具体包括如下步骤：
步骤2.1、通过横竖支撑桁架相固定连接辅助浮筒，搭建实验平台；
步骤2.2、通过水面上四个辅助浮筒对爆炸试验箱进行定位；
步骤2.3、将海底隧道缩比结构模型置于海底模拟介质中，整体置于爆炸冲击波透射海底模拟介质之上，保证爆炸冲击波透射到海底模拟介质中，研究爆炸冲击波在海底模拟介质中的传播透射规律。
2.根据权利要求1所述一种基于应力波理论的水面爆炸对海底隧道抗暴能影响的试验方法，其特征在于，分别在所述模拟海底介质承载箱内部模拟海底介质上部、中部、底部分别布置1个改进型霍普金森测压装置，且各改进型霍普金森测压装置呈阶梯布置，不置于同一垂直线上从上到下记1#、2#、3#改进型霍普金森测压装置。
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