黄土和砂土岩中填实爆炸辐射弹性波的对比研究

卢强 王占江 张景森 丁洋 李进 郭志昀

卢强, 王占江, 张景森, 丁洋, 李进, 郭志昀. 黄土和砂土岩中填实爆炸辐射弹性波的对比研究[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(5): 052202. doi: 10.11883/bzycj-2018-0025
引用本文: 卢强, 王占江, 张景森, 丁洋, 李进, 郭志昀. 黄土和砂土岩中填实爆炸辐射弹性波的对比研究[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(5): 052202. doi: 10.11883/bzycj-2018-0025
LU Qiang, WANG Zhanjiang, ZHANG Jingsen, DING Yang, LI Jin, GUO Zhiyun. Comparative studies on characteristics of elastic wave radiated from the tamped explosion in loess and rock-like sandy soil[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(5): 052202. doi: 10.11883/bzycj-2018-0025
Citation: LU Qiang, WANG Zhanjiang, ZHANG Jingsen, DING Yang, LI Jin, GUO Zhiyun. Comparative studies on characteristics of elastic wave radiated
from the tamped explosion in loess and rock-like sandy soil[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(5): 052202. doi: 10.11883/bzycj-2018-0025

黄土和砂土岩中填实爆炸辐射弹性波的对比研究

doi: 10.11883/bzycj-2018-0025
基金项目: 国家自然科学基金(11172244)
详细信息
    作者简介:

    卢 强(1984- ),男,博士,副研究员,luqiang@nint.ac.cn

    通讯作者:

    王占江(1961- ),男,博士,研究员,wangzhanjiang@nint.ac.cn

  • 中图分类号: O382; O347.4

Comparative studies on characteristics of elastic wave radiated
from the tamped explosion in loess and rock-like sandy soil

  • 摘要: 研究地下爆炸弹性区的震动特性,关键是获得场地介质与爆炸能量耦合作用下辐射弹性波的实验参数。对于不易加工成大尺寸模型的砂土岩,为研究其填实爆炸下辐射弹性波的特征,采用0.125 g TNT微型炸药球作为爆炸源,以塑性区可置换的$\varnothing $1 370 mm×1 200 mm黄土样品作为提供应力波传播路径的载体,用波阻抗近似相等的重塑黄土和砂土岩样品分别作为源区介质,对比分析了两种介质中微药量填实爆炸辐射的弹性波传播特征。实验结果表明:在测试范围内,两种介质中填实爆炸激发的弹性应力波粒子速度(位移)峰值的衰减规律、波形的主频变化规律一致;砂土岩中爆炸辐射的弹性波粒子速度(位移)峰值整体高于黄土、粒子速度波形的半高宽和主频低于黄土;砂土岩中爆炸耦合的向外传播的弹性波能量比黄土大。实测结果反映,黄土和砂土岩中填实爆炸弹性波能量耦合强度的差别。
  • 图  1  塑性区可置换的黄土实验平台

    Figure  1.  Experimental apparatus for loess with replaceable model for plastic zone

    图  2  黄土实验平台及源区介质模型

    Figure  2.  The loess platform and the sample model in source area

    图  3  黄土作为源区介质的填实爆炸实测粒子速度(vr)

    Figure  3.  Measured particle velocity in a tamped explosion with taking loess as source medium (vr)

    图  4  粒子速度峰值(vmax)与比距离(R)的关系

    Figure  4.  Maximum particle velocity (vmax) varying with specific distance (R)

    图  5  粒子位移峰值(umax)随比距离(R)的关系

    Figure  5.  Maximum particle displacement (umax) varying with specific distance (R)

    图  6  速度衰减指数(ζv)随比距离(R)的变化

    Figure  6.  Damped exponential of velocity (ζv) varying with specific distance (R)

    图  7  位移衰减指数(ζu)随比距离(R)的变化

    Figure  7.  Damped exponential of displacement (ζu) varying with specific distance (R)

    图  8  正向脉宽(∆T+)随比距离(R)的变化

    Figure  8.  Width of positive speed pulse (∆T+) varying with specific distance (R)

    图  9  半高宽(∆T1/2)随比距离(R)的变化

    Figure  9.  Full width at half maximum (∆T1/2) varying with specific distance (R)

    图  10  黄土作为源区介质时粒子速度的振幅谱

    Figure  10.  Amplitude spectrum of the particle velocity with taking the loess as source medium

    图  11  主频(f0)随比距离(R)的变化

    Figure  11.  Scaled dominant frequency (f0) varying with specific distance (R)

    表  1  黄土和砂土岩样品各成分组成(单位:%)

    Table  1.   Components of loess and rock-like sandy soil (unit: %)

    材料 石英 石膏 方解石 绿泥石 蒙脱石 闪石 伊利石 白云石 斜长石 钾长石 赤铁矿
    黄土 52 5 3 4 2 8 2 16 8
    砂土岩 69 2 4 3 5 11 4 2
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  • [1] 肖卫国, 王肖钧, 朱号锋, 等. 不同介质地下爆炸的地震耦合效应 [J]. 爆炸与冲击, 2012, 32(3): 267–272. DOI: 10.11883/1001-1455(2012)03-0267-06.

    XIAO Weiguo, WANG Xiaojun, ZHU Haofeng, et al. Experimental study on seismic coupling effects of underground explosions in different materials [J]. Explosion and Shock waves, 2012, 32(3): 267–272. DOI: 10.11883/1001-1455(2012)03-0267-06.
    [2] ANTOUN T H, VOROBIEV O Y, LOMOV I N. Simulations of an underground explosion in granite [C]// 11th Topical Conference on Shock Compression of Condensed Matter. Snowbird, Utah: American Physical Society, 1999.
    [3] PERRET W R. Free Field ground motion in granite: POR-4001[R]. Albuquerque, New Mexico: Sandia Laboratory, 1968.
    [4] 周钟, 王肖钧, 肖卫国, 等. 花岗岩介质中地下爆炸震源函数研究 [J]. 爆炸与冲击, 2007, 27(1): 18–25. doi: 10.11883/1001-1455(2007)01-018-08

    ZHOU Zhong, WANG Xiaojun, XIAO Weiguo, et al. Study on the main characteristics of underground explosion seismic source function in granite [J]. Explosion and Shock waves, 2007, 27(1): 18–25. doi: 10.11883/1001-1455(2007)01-018-08
    [5] 周钟. 水饱和岩石本构模型和地下爆炸力学效应的数值研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2005.
    [6] 刘文韬, 王肖钧, 周钟. 岩石的连续损伤本构模型及其在地下爆炸波数值计算中的应用 [J]. 岩石力学与工程学报, 2004, 23(13): 2149–2156. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2004.13.003

    LIU Wentao, WANG Xiaojun, ZHOU Zhong, et al. Continuously damaged constitutive model of rock and it s application to numerical simulation for underground strong explosion [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2004, 23(13): 2149–2156. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2004.13.003
    [7] LARSON D B. Spherical wave propagation in elastic media and its application to energy coupling for tamped and decoupled explosions: UCRL-52655(DE83013647)[R]. 1979.
    [8] RODEAN H C. Elastic wave radiation from spherical sources: UCRL-52867[R]. Lawrence Livermore Laboratory, 1979.
    [9] 赖华伟, 王占江, 杨黎明, 等. 线性黏弹性球面波的特征线分析 [J]. 爆炸与冲击, 2013, 33(1): 1–10. DOI: 10.11883/1001-1455(2013)01-01-010.

    LAI Huawei, WANG Zhanjiang, YANG Liming, et al. Characteristics analyses of linear viscoelastic spherical waves [J]. Explosion and Shock Waves, 2013, 33(1): 1–10. DOI: 10.11883/1001-1455(2013)01-01-010.
    [10] 赖华伟, 王占江, 杨黎明, 等. 由球面波径向质点速度实测数据反演材料黏弹性本构参数 [J]. 高压物理学报, 2013, 27(2): 245–252.

    LAI Huawei, WANG Zhanjiang, YANG Liming, et al. Inversion of constitutive parameters for viscoelastic materials from radial velocity measurements of spherical wave experiments [J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2013, 27(2): 245–252.
    [11] WANG L L, LAI H W, WANG Z J, et al. Studies on nonlinear visco-elastic spherical waves by characteristics analyses and its application [J]. International Journal of Impact Engineering, 2013, 55: 1–10. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2012.12.001
    [12] LU Q, WANG Z J. Studies of the propagation of viscoelastic spherical divergent stress waves based on the generalized Maxwell model [J]. Journal of Sound and Vibration, 2016, 371(1): 183–195.
    [13] 卢强, 王占江, 丁洋, 等. 线黏弹性球面发散应力波的频率响应特性 [J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(6): 1023–1030. DOI: 10.11883/1001-1455(2017)06-1023-08.

    LU Qiang, WANG Zhanjiang, DING Yang, et al. Characteristics of frequency response for linear viscoelastic spherical divergent stress waves [J]. Explosion and Shock waves, 2017, 37(6): 1023–1030. DOI: 10.11883/1001-1455(2017)06-1023-08.
    [14] 卢强, 王占江, 门朝举, 等. 塑性区沟槽对爆炸应力波屏蔽效应研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2013, 32(S1): 2642–2649.

    LU Qiang, WANG Zhanjiang, MEN Chaoju, et al. Study of shielding effects of gap in plastic zone on blasting stress wave [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2013, 32(S1): 2642–2649.
    [15] 王占江, 李孝兰, 张若棋, 等. 固体介质中球形发散波的实验装置 [J]. 爆炸与冲击, 2000, 20(2): 103–109. DOI: 10.11883/1001-1455(2000)02-0103-07.

    WANG Zhanjiang, LI Xiaolan, ZHANG Ruoqi, et al. An experimental apparatus for spherical wave propagation in solid [J]. Explosion and Shock Waves, 2000, 20(2): 103–109. DOI: 10.11883/1001-1455(2000)02-0103-07.
    [16] 王占江. 岩土中填实与空腔解耦爆炸的化爆模拟实验研究[D]. 长沙: 国防科技大学, 2003.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-23
  • 修回日期:  2018-07-09
  • 网络出版日期:  2019-04-25
  • 刊出日期:  2019-05-01

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