CN113888947A - 一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置及方法，包括真空室，用于提供真空的环境；爆源系统，包括多个设置在所述真空室内的爆源装置，用于在所述真空室内模拟爆炸；真空室操作系统，与所述真空室相连接，用于控制所述真空室内的真空度；多点爆源同步起爆控制系统，用于控制所述爆源系统的多点同步模拟爆炸。本发明的模拟方法及装置可重复开展不同参数条件下大比尺地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟试验，操作简单、成本低、可控性强。

Description

一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置及方法，属于爆炸模拟技术领域。

背景技术

随着各种爆破技术在交通、水利水电工程建设、能源和矿产资源的勘察与开发、地质灾害的防灾与减灾等领域的成功应用，工程爆破的规模不断扩大。当前很多的工程采取多点爆破方案，这种复杂的装药配置方案拟定大多是基于几何相似的经验公式，而大量的爆破实践表明，在增大地下爆炸规模时，必须考虑重力在抛掷弹坑形成过程中的作用，研制一种大当量工程多点爆破的模拟优化装置，不仅可以对爆破参数优化设计，提高爆破效率，而且可以对工程多点爆破的效果和效应进行科学的预测预报，具有重要的科学意义和工程应用价值。

对于大当量地下多点爆炸的研究对象天然岩体而言，由于其复杂的结构和构造特征，在爆炸作用下岩石的运动、变形和破坏具有非协调非相容特性，物理过程复杂，影响因素众多。目前在理论分析上还存在很大困难，数值模拟也难以准确进行。现场实地试验虽然可针对特定条件进行研究，但研究周期长，且耗费大量人力物力，试验风险巨大，可重复性差，难以开展系统研究。采用相似物理模拟试验的方法可以真实、直观地反映地质构造和装药配置的空间关系，能够准确地模拟大当量地下浅埋爆炸过程中各种影响因素对弹坑和鼓包形成的影响，使人们更容易全面把握爆破过程中岩体的运动、变形及破坏特性，是研究地下爆破问题，特别是地下核爆炸问题的一种有效的方法。

当前，国内外主要的地下爆炸物理模型试验装置主要有离心机爆炸模拟装置。但是，由于离心机爆炸模拟装置受到离心机加速度和吊篮模型箱尺寸的限制，土工爆炸离心机模拟比尺有限，只适用于小当量和小比例埋深的抛掷爆炸。且原有的爆源装置采用球形镍铬丝金属栅格内置薄壁橡胶气囊做成的，通过低压电流加热镍铬丝来烧裂橡胶球达到释放压缩气体的目的，该装置的起爆方式不仅镍铬丝的加热时间不可控，对于多组爆源的延期起爆无法做到精确的起爆控制，而且橡胶气囊很可能随机地从某处开一裂口造成气体喷出的不均匀，与地下抛掷爆炸成坑物理过程不相符，对试验模拟结果造成影响。柔性同步起爆网络设计中常用的导爆索分束方法并不适用于大当量地下多点抛掷爆炸现象模拟实验。

目前国内对于多点爆源同步精确起爆控制还缺乏成熟的技术手段，亟需一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置及方法，以解决当前国内无法模拟大当量地下多点抛掷爆炸现象的难题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，包括：

真空室，用于提供真空的环境；

爆源系统，包括多个设置在所述真空室内的爆源装置，用于在所述真空室内模拟爆炸；

真空室操作系统，与所述真空室相连接，用于控制所述真空室内的真空度；

多点爆源同步起爆控制系统，用于控制所述爆源系统的多点同步模拟爆炸。

进一步的，所述多点爆源同步起爆控制系统包括起爆器、电雷管、炸药粉末、多路导爆索和起爆同步性检测装置；

所述电雷管位于所述真空室内，一端为锥形；

所述导爆索通过穿设在不锈钢管中彼此隔离防护；各路导爆索一端分别与各爆源装置相连，另一端均与同一电雷管的锥形端相接；所述电雷管的另一端通过起爆线与起爆器相连；

各路导爆索和电雷管通过第一连接件相连，电雷管的锥形端部设置有炸药粉末以保证各路导爆索同步起爆；所述炸药粉末内同时接入多路导爆索，并相应配套多路不锈钢管；所述电雷管和炸药粉末均被第一连接件包裹在内；

所述起爆同步性检测装置包括多路离子电探针、脉冲形成网络、示波器；各路所述离子电探针的一端分别与各路导爆索接触，另一端通过脉冲形成网络均接入示波器，通过示波器测算各路导爆索起爆的同步性。

进一步的，所述爆源装置包括玻璃罩；所述玻璃罩设置于所述真空室内；

所述玻璃罩下端开口并通过密封塞密封；所述导爆索通过钢管穿入所述玻璃罩内，且导爆索与钢管穿入端密封。

进一步的，所述真空室内设有箱体，用于填爆炸模拟所需的相似材料，下方设置有底座，

所述真空室上设有用于连接各类管线的接管；所述真空室的一端设有法兰盘作为密封门；

所述真空室操作系统包括通过管道与真空室相连的真空泵组和用于调节所述玻璃罩内气压的气压调节装置；

所述气压调节装置包括穿设在所述密封塞中的气针、通过第二连接件与所述气针相连的电磁阀、与所述电磁阀连接的压力缓冲器以及电源；

所述压力缓冲器通过球阀连接有第二空压机、第二真空泵、真空计和压力表；所述压力缓冲器上还设置有泄压安全阀；

所述电磁阀通过开关与所述电源相连接，所述电源用于为所述电磁阀供电。

进一步的，所述真空室操作系统还包括自动密闭装置；所述自动密闭装置包括旋转卡箍以及伸缩杆；所述旋转卡箍外圆的两端分别与伸缩杆相铰连，所述伸缩杆的另一端均固定在底座上；所述旋转卡箍的内圆圆周上、所述法兰盘的外圆圆周上均匀的间隔设有楔块，所述旋转卡箍上的楔块与所述法兰盘上的楔块倾斜方向相反；所述伸缩杆的伸缩带动所述旋转卡箍的旋转，从而将所述法兰盘与所述真空室拧紧或松开。

进一步的，所述伸缩杆为液压伸缩杆或气动伸缩杆。

进一步的，所述真空室操作系统还包括快开门移动装置，用于实现对真空室的密封门的快速移开或对准；所述快开门移动装置包括固定在底座上的导轨、安装在所述导轨上的移动小车和安装在所述移动小车上的电机；在电机的驱动下，移动小车在导轨上做直线运动，运动方向平行于法兰盘的轴向方向；移动小车的顶端通过设置平行于法兰盘的轴向方向的转轴与法兰盘转动连接。

进一步的，所述模拟装置还包括用于采集爆破过程的动态采集系统，所述真空室设有观察窗；所述动态采集系统包括安装在所述观察窗外部的高速相机和存储器以及设置在所述真空室内部的光源；所述高速相机一端与所述多点爆源同步起爆控制系统相连，另一端与所述存储器相连；所述存储器将高速相机拍摄的图像进行存储。

进一步的，所述模拟装置还包括弹坑破坏形态立体重构系统，所述弹坑破坏形态立体重构系统包括三维扫描仪和计算机；利用所述三维扫描仪用于在模拟爆炸发生后对弹坑进行扫描，并将扫描数据传至计算机；所述计算机用于根据所述扫描数据对弹坑破坏形态进行重构。

第二方面，本发明提供一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟方法，基于第一方面所述的大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，包括以下步骤：

将爆源系统安装在真空室内；

将多点爆源同步起爆控制系统与爆源系统对应连接；

封闭真空室，启用真空室操作系统制造真空室内的真空环境；

待真空室内的真空度达到要求后，启动多点爆源同步起爆控制系统，控制爆源系统中的多个爆源装置同步起爆。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1、将爆源系统安装在真空室内，并将多点爆源同步起爆控制系统与爆源系统对应连接，通过多点爆源同步起爆控制系统控制爆源系统中的多个爆源装置同步起爆，真空室内的爆炸模型试验可控性强，模拟适用范围广，在大当量大埋深地下爆炸成坑现象模拟时具有明显的优势，真空室内放置多个爆炸源同时引爆，与地下抛掷爆炸成坑物理过程相符，模拟效果好；本发明的模拟装置可重复开展不同参数条件下大比尺地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟试验，操作简单、成本低、可控性强；

2、本发明采用由同一电雷管分别起爆多路柔性导爆索，可以有效保证起爆的同步性，然后采用离子电探针法测试起爆的同步性，同步性好可测量记录；

3、本发明采用玻璃罩作为爆源装置，并使用气压调节装置调节玻璃罩内气压，由柔性导爆索传爆震碎玻璃罩，模拟爆炸效果好；

4、本装置的试验参数如真空度、玻璃罩压力值、可调可控，模拟范围广，无需像土工离心机提供额外的加速度，在模拟大规模地下浅埋多点爆炸成坑现象时具有明显的优势；

5、真空室操作系统的自动密闭装置采用楔块式卡箍连接结构实现了法兰盘和真空室的开启和密闭连接，不仅承压密闭性能好，而且操作方便、自动化程度高；

6、真空室及真空室操作系统使本发明的通用性强，结合本发明的爆源装置能够模拟球形装药和柱形装药条件下地下浅埋化学爆炸抛掷现象，并能够模拟不同地质地形条件、多层介质中抛掷爆炸现象，并通过动态采集系统和弹坑破坏形态立体重构系统具备量测功能；

7、相比于现有模拟装置采用离心机动辄几千万甚至上亿的制造成本，本发明装置造价成本低廉，相关的试验成果可广泛应用于钻地核武器成坑毁伤机制和大型工程爆破效果的预测预报。

附图说明

图1为本发明模拟方法总体示意图。

图2为真空室系统细部主视图。

图3为真空室系统细部右视图。

图4为多点爆源同步起爆控制系统示意图。

图5为爆源系统示意图。

图中：1、真空室；2、多点爆源同步起爆控制系统；3、爆源系统；4、爆破过程动态采集系统；5、数字图像处理系统；6、真空室操作系统；7、弹坑破坏形态立体重构系统；

1-1、底座；1-2、容器罐体；1-3、移动小车；1-4、旋转卡箍；1-5、导轨；1-6、观察孔；1-7、第一法兰接管；1-8、出沙法兰接管；1-9、出水法兰接管；1-10、护栏；1-11、电机；1-12、第二法兰接管；1-13、法兰盘；1-14、主观察窗；1-15、气动伸缩杆；1-16、楔块；

2-1、起爆器；2-2、起爆线；2-3、防护罩；2-4、电雷管；2-5、第一连接件；2-6、炸药粉末；2-7、不锈钢管；2-8、导爆索；2-9、离子电探针；2-10、脉冲形成网络；2-11、示波器；

3-1、玻璃罩；3-2、导爆索末端；3-3、钢管；3-4、密封塞；3-5、气针；3-6、第二连接件；3-7、电磁阀；3-8、电池；3-9、开关；3-10、压力表；3-11、泄压安全阀；3-12、压力缓冲器；3-13、球阀；3-14、真空计；3-15、第二空压机；3-16、第二真空泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本实施例的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。

实施例一：

本实施例提供一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，如图1所示，包括：

真空室1，用于提供真空的环境；

真空室操作系统6，与所述真空室1相连接，用于控制所述真空室1内的真空度；

爆源系统2，包括多个设置在所述真空室内的爆源装置，用于在所述真空室1内模拟爆炸；

多点爆源同步起爆控制系统3，用于控制所述爆源系统2的多点同步模拟爆炸。

实施原理：首先将爆源系统3安装在真空室1内，并将多点爆源同步起爆控制系统2与爆源系统3对应连接，之后封闭真空室1，并启用真空室操作系统6制造真空室1内的真空环境。待真空室1内的真空度达到要求后，启动多点爆源同步起爆控制系统2，控制爆源系统3中的多个爆源装置同步起爆。真空室1爆炸模型试验装置可控性强，模拟适用范围广，无需像土工离心机提供额外的加速度，在大当量大埋深地下爆炸成坑现象模拟时具有明显的优势。真空室1内放置多个爆炸源同时引爆，与地下抛掷爆炸成坑物理过程相符，模拟效果好。相比于现有模拟装置采用离心机动辄几千万甚至上亿的制造成本，本发明装置造价成本低廉，相关的试验成果可广泛应用于钻地核武器成坑毁伤机制和大型工程爆破效果的预测预报。

实施例二：

本实施例提供一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，如图1所示，包括：

真空室1，用于提供真空的环境；

真空室操作系统6，与所述真空室1相连接，用于控制所述真空室1内的真空度；

爆源系统2，包括多个设置在所述真空室内的爆源装置，用于在所述真空室1内模拟爆炸；

多点爆源同步起爆控制系统3，用于控制所述爆源系统2的多点同步模拟爆炸。

动态采集系统4，用于采集爆破过程；

弹坑破坏形态立体重构系统7，用于重构弹坑破坏的立体形态。

如图2-3所示，真空室1为圆柱形腔体结构，采用卧式，也可以是立方体腔体结构、圆形腔体结构、多边形或其他形状的腔体结构，采用立式；真空室1内设有箱体，用于填爆炸模拟所需的相似材料。真空室1主体材质为复合钢板（不锈钢+容器板）、外部缠绕隔音材料层和玻璃钢层。真空室1上设有第一法兰接管1-7、第二法兰接管1-9、第三法兰管1-12，用于连接各类管线；所述真空室1的一端设有法兰盘1-13作为密封门。

如图1所示，真空室操作系统6包括通过管道与真空室1相连的真空泵组、爆源充压控制装置以及系统控制平台；真空泵组包括用于抽真空室1内空气的第一真空泵，真空室操作系统6的爆源充压控制装置包括气压调节装置。所述真空泵组通过管道与真空室1相连，用于对真空室1内进行抽真空处理。所述真空泵组为滑片泵和罗茨泵组成的多级泵。

真空室操作系统6还包括自动密闭装置，用于自动将法兰盘1-13与真空室1拧紧或松开，以减轻人工操作；所述自动密闭装置包括旋转卡箍1-4、气动伸缩杆1-15、第一空压机11；所述旋转卡箍1-4外圆的两端分别与气动伸缩杆1-15相铰连，气动伸缩杆1-15的另一端均固定在基座1-1上，并通过气管与第一空压机11相连；所述卡箍1-4内圆圆周上、法兰盘1-3外圆圆周上均匀的间隔设有楔块1-16，旋转卡箍1-4上的楔块1-16与法兰盘1-3上的楔块1-16倾斜方向相反；工作时，通过一端气动伸缩杆1-15的伸出，另一端气动伸缩杆1-15的缩短，带动旋转卡箍1-4的旋转，将卡箍1-4上的楔块1-16与法兰盘1-3上的楔块1-16紧密结合或分开，将法兰盘1-13与真空室1拧紧或松开。采用楔块式卡箍连接结构实现了法兰盘1-3和真空室1的开启和密闭连接，不仅承压密闭性能好，而且操作方便、自动化程度高。

旋转卡箍1-4旋转角度的大小由安装在气动伸缩杆1-15上面的磁性开关的位置控制，也可通过控制气动伸缩杆1-15的伸缩行程进行控制。

自动密闭装置也可以采用液压伸缩杆，通过液压控制液压伸缩杆的伸缩将法兰盘1-13与真空室1拧紧或松开。

自动密闭装置还包括快开门移动装置，可实现对真空室1密封门的快速移开或对准；所述快开门移动装置包括移动小车1-3、导轨1-5、电机1-11；所述导轨1-5固定在基座1-1上；所述移动小车1-3安装在导轨1-5上，电机1-11安装在小车1-3上，在电机1-11的驱动下，移动小车1-3可在导轨1-5上做直线运动，运动方向平行于密封门的安装方向，即平行于法兰盘1-13的轴向；移动小车1-3的顶端与法兰盘1-13相连。

快开门移动装置还包括护栏1-10，所述护栏1-10固定在基座1-1上，并设置在移动小车1-3 的周围，起保护作用，以防止移动小车运动过程中对操作人员存在撞伤的风险。

系统控制平台设置在整个模拟装置外部，主要用于控制各装置的供电、快开门移动小车1-3的开启关闭、旋转卡箍1-4的锁紧放松、真空泵组的启动与关闭等。

如图4-5所示，多点爆源同步起爆控制系统2包括起爆器2-1、起爆线2-2、防护罩2-3、电雷管2-4、第一连接件2-5、炸药粉末2-6、不锈钢管2-7、柔性导爆索2-8、离子电探针2-9、脉冲形成网络2-10、示波器2-11；爆源系统3包括玻璃罩3-1、钢管3-3、密封塞3-4。

底座1-1作为整个模拟装置的支撑部件，安装在整个装置的最底端；所述真空室1安装在底座1-1的一端；所述真空泵组通过管道与真空室1相连；所述玻璃罩3-1、电雷管2-4、炸药粉末2-6均位于真空室1内；各路导爆索2-8一端与各路爆源3相连，另一端与同一电雷管2-4的锥形端端部的炸药粉末2-6相接；电雷管2-4的另一端与真空室外部的起爆器2-1相连；各路电探针2-9通过导线经脉冲形成网络2-10与真空室1外的同一示波器2-11相连；爆源3中的玻璃罩底端与真空室1外的气压调节装置相连。气压调节装置用于调节玻璃罩3-1内的气压达到实验所需要求。

炸药粉末优选为黑索金粉末。导爆索优选为柔性导爆索，柔性导爆索有利于与爆源装置的连接与实验现场的布置。各路的离子电探针2-9与不锈钢管2-7内的柔性导爆索2-8的接触位置应保持一致,且各路导爆索2-8长度一致。

如图5所示，所述导爆索2-8位于玻璃罩3-1内的导爆索末端3-2拧成螺旋状，以增加导爆索2-8在玻璃罩3-1中心位置的长度，同时保证导爆索2-8在玻璃罩3-1的中心向四周传播冲击波的球形爆炸效果。由电雷管2-4同时起爆多路柔性导爆索2-8，柔性导爆索2-8传爆震碎玻璃罩3-1，然后采用离子电探针法测试起爆的同步性，认知同步性好。

气压调节装置包括气针3-5、第二连接件3-6、电磁阀3-7、电池3-8、开关3-9、压力缓冲器3-12、球阀3-13、压力表3-10、真空计3-14、泄压安全阀3-11、第二空压机3-15、第二真空泵3-16；所述气针3-5穿过密封塞3-4与玻璃罩3-1相连，气针3-5通过连接件3-6与电磁阀3-7相连，电磁阀3-7另一端与压力缓冲器3-12相连；所述第二空压机3-15、第二真空泵3-16、压力表3-10、真空计3-14均通过球阀3-13与压力缓冲器3-12相连，压力缓冲器3-12上还安装有泄压安全阀3-11；球阀3-13用于控制第二空压机3-15或第二真空泵3-16与压力缓冲器3-12的接通或关闭；当压力缓冲器3-11与第二空压机3-15接通时，压力表3-11用于测量压力缓冲器3-12内压力，即测量玻璃罩3-1内的压力；当压力缓冲器3-11与第二真空泵3-16连通时，真空计3-14用于测量压力缓冲器3-12内的真空度，即测量玻璃罩3-1内的真空度；所述电池3-8通过开关3-9与电磁阀3-7相连，电池3-8通过开关3-9对电磁阀3-7通断电。

当试验需要玻璃罩3-1内部的气体压力超过大气压力时，关闭第二真空泵3-16和真空计3-14上相应的球阀3-13，打开空压机3-15、压力表3-10及开启开关3-9，对压力缓冲器3-12充气，达到所需压力时，停止充气，断开开关3-9，此时玻璃罩3-1内部充满一定量的气体，由起爆器2-1引爆电雷管2-4，进而引爆炸药粉末2-6，埋入炸药粉末2-6内的多路柔性导爆索2-8被同步引爆，导爆索2-8传爆产生的冲击波击碎玻璃罩3-1，达到释放压缩气体的目的。同时，不锈钢管2-7内的离子电探针2-9将信号经脉冲形成网络2-10传入示波器2-11，通过示波器脉冲时间差确定多点爆源的同步性；并且动态采集系统4进行同步数据采集。

当试验需要玻璃罩3-1内部的气体压力低于大气压力时，关闭空压机3-15和压力表3-10上相应的球阀3-13，开启第二真空泵3-16和真空计3-14上相应的球阀3-13及开启开关3-9，对压力缓冲器3-12抽气，达到所需真空度时，停止抽气，关闭开关3-9，此时玻璃罩3-1内部达到一定压力，由起爆器2-1引爆电雷管2-4，进而引爆炸药粉末2-6，埋入炸药粉末2-6内的多路柔性导爆索2-8被同步引爆，导爆索8传爆产生的冲击波击碎玻璃罩3-1，达到释放压缩气体的目的。同时，不锈钢管2-7内的离子电探针2-9将信号经脉冲形成网络传入示波器2-11，通过示波器脉冲时间差确定多点爆源的同步性，并且动态采集系统4进行同步数据采集。

电雷管2-4、第一连接件2-5均安装在防护罩2-3内，避免爆炸冲击波对周围环境造成破坏。在一些实施方式中，所述玻璃罩3-1可以为球形、圆柱形、多边形或其他形状的腔体结构。

动态采集系统4可实现整个爆炸试验过程中的图像采集，所述动态采集系统4包括高速摄像机、存储器、光源；高速摄像机安装在真空室1的外端，并与存储器相连，存储器将高速摄像机拍摄的图像进行存储；高速摄像机通过同步线与起爆模块相连，在起爆的瞬间开始记录。所述真空室1设有观察窗，用于高速摄像机进行拍摄；光源的数量根据需要设定在真空室1内的不同位置。优选的，观察窗可以安装在真空室1的密封门上，也可以设置在真空室1的腔体上的不同位置上，以便不同位置进行拍摄观察。

存储器连接有数字图像处理系统5，数字图像处理系统5用于飞散离子、地层动态追踪。

弹坑破坏形态立体重构系统7包括三维扫描仪和计算机；利用所述三维扫描仪用于在模拟爆炸发生后对弹坑进行扫描，并将扫描数据传至计算机；所述计算机用于根据所述扫描数据对弹坑破坏形态进行重构。

工作时，将爆源系统2与气压调节装置连接放在箱体内，箱体内填充有相似材料，并将玻璃罩3-1覆盖；开启真空室操控系统6，为各装置供电，开启移动小车1-3，将法兰盘1-13移至真空室1口，利用旋转卡箍1-4将法兰盘1-13锁紧，开启光源，将高速摄像机安装到位；启动真空泵组，对真空室1内进行抽真空，当达到所需真空度时，开启第二空压机3-15或第二真空泵3-16对玻璃罩3-1进行充气或抽气处理，当达到指定压力值时，关闭电磁阀3-7；同时启动起爆器2-1和高速摄像机，对实验过程进行记录；实验结束后，打开真空泵组泄气阀，待真空室1内外气压平衡时，打开真空室1，对爆炸实验结果如成坑半径、体积等进行记录。同时，玻璃罩3-1内的螺旋状导爆索2-8的长度可根据试验需要进行调节。最后通过数字图像处理系统5动态追踪爆炸过程中的飞散离子、地层变化，并通过弹坑破坏形态立体重构系统7重构弹坑破坏的立体形态。

实施例三：

本实施例提供一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟方法，基于实施例二所述的大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，包括以下步骤：

将爆源系统3安装在真空室1内，并将多点爆源同步起爆控制系统2与爆源系统3对应连接，之后封闭真空室1，并启用真空室操作系统6制造真空室1内的真空环境。待真空室1内的真空度达到要求后，启动多点爆源同步起爆控制系统2，控制爆源系统3中的多个爆源装置同步起爆。

具体步骤包括：工作时，将爆源系统2与气压调节装置连接放在箱体内，箱体内填充有相似材料，并将玻璃罩3-1覆盖；开启真空室操控系统6，控制移动小车1-3，将法兰盘1-13移至真空室1口，利用旋转卡箍1-4将法兰盘1-13锁紧，开启光源，将高速摄像机安装到位；启动真空泵组，对真空室1内进行抽真空；当达到所需真空度时，开启第二空压机3-15或第二真空泵3-16对玻璃罩3-1进行充气或抽气处理，当达到指定压力值时，关闭电磁阀3-7；同时启动起爆器2-1和高速摄像机，对实验过程进行记录；实验结束后，打开真空泵组泄气阀，待真空室1内外气压平衡时，打开真空室1，对爆炸实验结果如成坑半径、体积等进行记录。同时，玻璃罩3-1内的螺旋状导爆索2-8的长度可根据试验需要进行调节。最后通过数字图像处理系统5动态追踪爆炸过程中的飞散离子、地层变化，并通过弹坑破坏形态立体重构系统7重构弹坑破坏的立体形态。

对玻璃罩3-1进行充气或抽气处理的具体步骤包括：

当试验需要玻璃罩3-1内部的气体压力超过大气压力时，关闭第二真空泵3-16和真空计3-14上相应的球阀3-13，打开空压机3-15、压力表3-10及开启开关3-9，对压力缓冲器3-12充气，达到所需压力时，停止充气，断开开关3-9，此时玻璃罩3-1内部充满一定量的气体，由起爆器2-1引爆电雷管2-4，进而引爆炸药粉末2-6，埋入炸药粉末2-6内的多路柔性导爆索2-8被同步引爆，导爆索2-8传爆产生的冲击波击碎玻璃罩3-1，达到释放压缩气体的目的。同时，不锈钢管2-7内的离子电探针2-9将信号经脉冲形成网络2-10传入示波器2-11，通过示波器脉冲时间差确定多点爆源的同步性；并且动态采集系统4进行同步数据采集。

当试验需要玻璃罩3-1内部的气体压力低于大气压力时，关闭空压机3-15和压力表3-10上相应的球阀3-13，开启第二真空泵3-16和真空计3-14上相应的球阀3-13及开启开关3-9，对压力缓冲器3-12抽气，达到所需真空度时，停止抽气，关闭开关3-9，此时玻璃罩3-1内部达到一定压力，由起爆器2-1引爆电雷管2-4，进而引爆炸药粉末2-6，埋入炸药粉末2-6内的多路柔性导爆索2-8被同步引爆，导爆索8传爆产生的冲击波击碎玻璃罩3-1，达到释放压缩气体的目的。同时，不锈钢管2-7内的离子电探针2-9将信号经脉冲形成网络传入示波器2-11，通过示波器脉冲时间差确定多点爆源的同步性，并且动态采集系统4进行同步数据采集。

通过上述装置，试验参数如真空度、玻璃罩压力值、可调可控，模拟范围广，无需像土工离心机提供额外的加速度，在模拟大规模地下浅埋多点爆炸成坑现象时具有明显的优势，不但能够模拟球形装药和柱形装药条件下地下浅埋化学爆炸抛掷现象，而且能够模拟不同地质地形条件、多层介质中抛掷爆炸现象，并具备量测功能，且通用性强。

本发明相比于现有模拟装置采用离心机动辄几千万甚至上亿的制造成本，本发明装置造价成本低廉，相关的试验成果可广泛应用于钻地核武器成坑毁伤机制和大型工程爆破效果的预测预报。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，其特征在于，包括：

真空室，用于提供真空的环境；

爆源系统，包括多个设置在所述真空室内的爆源装置，用于在所述真空室内模拟爆炸源；

真空室操作系统，与所述真空室相连接，用于控制所述真空室内的真空度；

多点爆源同步起爆控制系统，用于控制所述爆源系统的多点同步模拟爆炸。

2.根据权利要求1所述的大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，其特征在于，所述多点爆源同步起爆控制系统包括起爆器、电雷管、炸药粉末、多路导爆索和起爆同步性检测装置；

所述电雷管位于所述真空室内，一端为锥形；

所述导爆索通过穿设在不锈钢管中彼此隔离防护；各路导爆索一端分别与各爆源装置相连，另一端均与同一电雷管的锥形端相接；所述电雷管的另一端通过起爆线与起爆器相连；

各路导爆索和电雷管通过第一连接件相连，电雷管的锥形端部设置有炸药粉末以保证各路导爆索同步起爆；所述炸药粉末内同时接入多路导爆索，并相应配套多路不锈钢管；所述电雷管和炸药粉末均被第一连接件包裹在内；

所述起爆同步性检测装置包括多路离子电探针、脉冲形成网络、示波器；各路所述离子电探针的一端分别与各路导爆索接触，另一端通过脉冲形成网络均接入示波器，通过示波器测算各路导爆索起爆的同步性。

3.根据权利要求2所述的大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，其特征在于，所述爆源装置包括玻璃罩；所述玻璃罩设置于所述真空室内；

所述玻璃罩下端开口并通过密封塞密封；所述导爆索通过钢管穿入所述玻璃罩内，且导爆索与钢管穿入端密封。

4.根据权利要求3所述的大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，其特征在于，所述真空室内设有箱体，用于填爆炸模拟所需的相似材料，下方设置有底座；

所述真空室上设有用于连接各类管线的接管；所述真空室的一端设有法兰盘作为密封门；

所述真空室操作系统包括通过管道与真空室相连的真空泵组和用于调节所述玻璃罩内气压的气压调节装置；

所述气压调节装置包括穿设在所述密封塞中的气针、通过第二连接件与所述气针相连的电磁阀、与所述电磁阀连接的压力缓冲器以及电源；

所述压力缓冲器通过球阀连接有第二空压机、第二真空泵、真空计和压力表；所述压力缓冲器上还设置有泄压安全阀；

所述电磁阀通过开关与所述电源相连接，所述电源用于为所述电磁阀供电。

5.根据权利要求4所述的大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，其特征在于，所述真空室操作系统还包括自动密闭装置；所述自动密闭装置包括旋转卡箍以及伸缩杆；所述旋转卡箍外圆的两端分别与伸缩杆相铰连，所述伸缩杆的另一端均固定在底座上；所述旋转卡箍的内圆圆周上、所述法兰盘的外圆圆周上均匀的间隔设有楔块，所述旋转卡箍上的楔块与所述法兰盘上的楔块倾斜方向相反；所述伸缩杆的伸缩带动所述旋转卡箍的旋转，从而将所述法兰盘与所述真空室拧紧或松开。

6.根据权利要求5所述的大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，其特征在于，所述伸缩杆为液压伸缩杆或气动伸缩杆。

7.根据权利要求5所述的大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，其特征在于，所述真空室操作系统还包括快开门移动装置，用于实现对真空室的密封门的快速移开或对准；所述快开门移动装置包括固定在底座上的导轨、安装在所述导轨上的移动小车和安装在所述移动小车上的电机；在电机的驱动下，移动小车在导轨上做直线运动，运动方向平行于法兰盘的轴向方向；移动小车的顶端通过设置平行于法兰盘的轴向方向的转轴与法兰盘转动连接。

8.根据权利要求1所述的大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，其特征在于，所述模拟装置还包括用于采集爆破过程的动态采集系统，所述真空室设有观察窗；所述动态采集系统包括安装在所述观察窗外部的高速相机和存储器以及设置在所述真空室内部的光源；所述高速相机一端与所述多点爆源同步起爆控制系统相连，另一端与所述存储器相连；所述存储器将高速相机拍摄的图像进行存储。

9.根据权利要求1所述的大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，其特征在于，所述模拟装置还包括弹坑破坏形态立体重构系统，所述弹坑破坏形态立体重构系统包括三维扫描仪和计算机；利用所述三维扫描仪用于在模拟爆炸发生后对弹坑进行扫描，并将扫描数据传至计算机；所述计算机用于根据所述扫描数据对弹坑破坏形态进行重构。

10.一种大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一项所述的大当量地下多点聚集爆炸弹坑效应模拟装置，包括以下步骤：

将爆源系统安装在真空室内；

将多点爆源同步起爆控制系统与爆源系统对应连接；

封闭真空室，启用真空室操作系统制造真空室内的真空环境；

待真空室内的真空度达到要求后，启动多点爆源同步起爆控制系统，控制爆源系统中的多个爆源装置同步起爆。

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