模拟深水装药爆炸作功能力研究

论文摘要

目前,国内外陆地爆破的理论和施工工艺都已经成熟和完善,与之相比,水下爆破的研究和应用都比较滞后,尤其是深水条件下的研究更少。本文利用自行研制的模拟深水爆炸压力容器作为基本研究装置,研究模拟深水条件下的装药作功能力。装药在水下爆炸时,药包受到来自外部的两部分压力,一部分是装药深度处静水产生的压力,另一部分是水面上的大气压。前者与装药深度有关,后者与大气压的变化或者是否外加气压有关。根据物理学上的原理,每10 m水深压力相当于一个标准大气压。固定铅（土寿）或水泥砂浆试块的入水深度,通过改变水表面的气压（从0.1 MPa～1.5MPa,每次改变0.05～0.2 MPa）来改变铅烤或水泥砂浆试块表面所受的压力,从而模拟深水环境。利用水下爆炸测试系统来对处于不同压力下试块中的炸药的爆炸进行测试,研究水下爆炸剩余能量。以8号雷管作为装药进行了雷管铅（土寿）爆破试验,通过测量扩孔值来衡量装药作功能力。随着模拟水深的增加,扩孔值减小,扩孔值与模拟水深的函数关系为y=-1.48ln（R）+31.732。剩余冲击波压力和比冲击波能不随模拟水深变化,气泡脉动周期和剩余比气泡能随模拟水深增大而变小。不同水深条件下,剩余比冲击波能为雷管水中爆炸的18.9%～23.6%,平均为20.4%,剩余气泡能为水中爆炸的33.6%～52.8%,平均为44%。以8号雷管作为装药进行了水泥砂浆试件爆破试验,收集爆破碎块,对陆地和不同模拟水深条件下的爆破效果进行了分析。在0.6—90.6m模拟水深条件下,随着模拟水深的增加,爆破块度变差,大块率上升,超过110.6m时仅能在试块上产生裂缝。爆破块度分形维数与模拟水深的关系为D=-0.0054H+1.3084。不同水深条件下,比冲击波能约为水中爆炸的5.2%～10.1%,平均为7.7%,剩余比气泡能为水中爆炸的40.1%～51.8%,平均为49.5%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水下爆炸作功能力研究成果综述
• 1.2.1 水下爆炸的试验研究现状
• 1.2.2 水下爆炸理论分析及数值计算研究现状
• 1.2.3 深水爆炸方面的研究
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 本文研究方法与内容
• 2 基本理论
• 2.1 炸药作功能力基本概念和测试方法
• 2.1.1 炸药作功能力的基本概念
• 2.1.2 炸药作功能力的理论表达式
• 2.1.3 作功能力的经验公式计算法
• 2.1.4 作功能力的试验测定方法
• 2.2 水下爆炸基本理论
• 2.2.1 水下爆炸相似律
• 2.2.2 水中冲击波传播理论和能量计算
• 2.2.3 水下爆炸气泡脉动理论与能量计算
• 2.2.4 水下爆炸总能量
• 2.3 水下岩石爆破破岩机理
• 2.4 水下爆破装药量计算公式
• 2.5 本章小结
• 3 模拟深水装药爆炸作功能力的研究—水下铅（土寿）扩孔法
• 3.1 铅（土寿）模型设计
• 3.1.1 铅（土寿）法简介
• 3.1.2 铅（土寿）法的局限性
• 3.1.3 对铅（土寿）法的改进工作
• 3.1.4 雷管铅（土寿）模型设计
• 3.2 试验系统设计与数据处理方法
• 3.2.1 模拟深水装置
• 3.2.2 水下爆炸能量测试系统简述
• 3.2.3 数据处理方法
• 3.3 试验结果处理与分析
• 3.3.1 传感器标定
• 3.3.2 单发雷管水中爆炸能量测试
• 3.3.3 铅（土寿）扩孔值
• 3.3.4 水中剩余能量
• 3.4 本章小结
• 4 模拟深水装药爆炸作功能力的研究—水泥砂浆试块爆破试验
• 4.1 试验设计方案
• 4.1.1 模型试块的设计
• 4.1.2 模型材料的选择
• 4.1.3 模型试块的形状及尺寸设计
• 4.2 试验装置与方法
• 4.2.1 装药条件
• 4.2.2 试验装置
• 4.2.3 压力选择
• 4.3 试验结果处理与分析
• 4.3.1 爆破破碎效果
• 4.3.2 爆破块度分析
• 4.3.3 水中剩余能量
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果