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混凝土中多点聚集爆炸效应起爆参数优化设计

爆炸与冲击 2025年第1期45卷 151-165页

作者：时本军李杰徐小辉徐天涵郭纬李孝臣李超李干陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾全国重点实验室江苏南京210007

混凝土介质中多点同时或彼此微差爆炸可产生复杂的地冲击波叠加聚集效应,从而使特定作用区域内的地冲击波压力显著增强,大大提升爆炸的毁伤威力。为获取多点爆源不同排布方式下爆炸聚集效应及地冲击传播衰减规律,进行了混凝土中单点和... 详细信息

混凝土介质中多点同时或彼此微差爆炸可产生复杂的地冲击波叠加聚集效应,从而使特定作用区域内的地冲击波压力显著增强,大大提升爆炸的毁伤威力。为获取多点爆源不同排布方式下爆炸聚集效应及地冲击传播衰减规律,进行了混凝土中单点和七点聚集爆炸的现场和数值模拟试验,基于正交设计方法和灰色系统理论对多点起爆参数进行了优化设计,建立了比例装药间距、比例有源装药高度和比例起爆微差等因素与不同爆心距下峰值压力间的灰色关联度系数及灰色关联度,确定了起爆参数的优选组合,并开展了数值模拟试验检验。分析结果表明:影响地冲击聚集效应的主要因素为比例装药间距,其次为比例起爆微差,最次为比例有源装药高度。在本模拟试验情况下,采用优化的起爆参数时,即在比例装药间距为0.549 m/kg^(1/3)、比例起爆微差为0.239 m/kg^(1/3)和比例有源装药高度为0 m/kg^(1/3)时,地冲击波聚集效应达到最佳,最大可达单点同等装药量产生的地冲击压力的4.7倍。

关键词：灰色理论聚集爆炸混凝土关联度优化设计

冲击荷载下双裂隙砂岩渐进破坏特性及裂纹扩展机制研究

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岩石力学与工程学报 2025年

作者：张庆海许晓亮李建林武立华王小平时全三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室绥化学院陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室

为研究裂隙砂岩的动态渐进破坏特性及裂纹扩展机制，利用SHPB装置对预制双裂隙砂岩试件进行冲击压缩试验，借助DIC技术实时监测裂纹扩展和动态破坏过程，开展不同裂隙倾角下的岩样强度特性和破坏模式分析，揭示相应的裂纹应变演化机制... 详细信息

为研究裂隙砂岩的动态渐进破坏特性及裂纹扩展机制，利用SHPB装置对预制双裂隙砂岩试件进行冲击压缩试验，借助DIC技术实时监测裂纹扩展和动态破坏过程，开展不同裂隙倾角下的岩样强度特性和破坏模式分析，揭示相应的裂纹应变演化机制。结果表明：(1)通过试件表面裂纹白斑萌生捕捉确定起裂荷载，其在峰值荷载的70%～83%范围，二者均随倾角呈现先减后增的“U”形趋势。(2)通过试件破碎块数测定发现能量耗散率与破碎程度具有显著正相关性，45°和90°试件分别出现最低和最高的能量耗散率。(3)裂纹扩展过程中，拉伸裂纹通常先于剪切裂纹出现，前者分布与荷载冲击方向接近，后者整体出现在与冲击方向约50°～130°夹角的范围内；不同倾角下，试件呈现出“一”形劈裂拉伸破坏、“X”形拉–剪切混合破坏以及“纺锤”与“X”形复合破坏3种模式，共包含6种裂纹聚集形式。(4)冲击荷载下试件的渐进破坏过程划分为弹性变形、屈服变形和宏观破坏3个阶段，破坏过程主要由裂隙尖端应变集中因子Df和起裂时间所决定，Df曲线的斜率均方指数(K)可为裂隙岩体动力损伤速率的评价提供理论依据。

关键词：岩石力学裂隙砂岩裂纹扩展能量耗散 DIC技术破坏模式应变集中

主体结构荷载可控的新型组合式防护结构(Ⅱ):影响因素及设计理念

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爆炸与冲击 2025年第1期45卷 16-27页

作者：方秦高矗孔祥振杨亚陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室江苏南京210007 内蒙古财经大学财政税务学院内蒙古呼和浩特010070

为明确泡沫混凝土厚度和强度对组合式防护结构抗爆性能的影响,充分发挥和合理利用泡沫混凝土良好的消波特性,首先通过试验及数值模拟探讨不同泡沫混凝土厚度和强度对组合式防护结构抗爆性能的影响,并分析分层梯度泡沫混凝土在爆炸波作... 详细信息

为明确泡沫混凝土厚度和强度对组合式防护结构抗爆性能的影响,充分发挥和合理利用泡沫混凝土良好的消波特性,首先通过试验及数值模拟探讨不同泡沫混凝土厚度和强度对组合式防护结构抗爆性能的影响,并分析分层梯度泡沫混凝土在爆炸波作用下的消波特性。然后将组合式防护结构与采用中粗砂为分配层的传统成层式结构进行对比分析验证其优越性,在此基础上,总结凝练出组合式防护结构的主体结构荷载可控的设计理念。结果表明,利用泡沫混凝土材料较长的屈服平台和较低的波阻抗,以泡沫混凝土作为能量调控层,通过设计泡沫混凝土强度等级(密度等级)和厚度以及采用多层梯度泡沫混凝土,可使得作用于主体结构上的爆炸荷载峰值恰为泡沫混凝土屈服强度,实现对主体结构上荷载的可控设计,有效解决了中粗砂为分配层的传统成层式结构不易控制作用于主体结构上荷载的问题。研究结果可为抗新型钻地弹的防护设计提供重要参考。

关键词：泡沫混凝土组合式防护结构可控设计爆炸波消波

BFRP筋混凝土梁极限承载力试验与理论研究

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复合材料学报 2025年

作者：颉浩儒陈万祥王智博周新军陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾全国重点实验室中山大学土木工程学院隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室

玄武岩纤维复合材料（Basalt Fiber Reinforced Polymer，BFRP）筋是一种取代钢筋用于海洋工程的理想新材料，引起了工程界的广泛关注。本文对18根BFRP筋混凝土梁和2根钢筋混凝土梁进行四点抗弯试验，研究了配筋率、混凝土强度、BFRP筋... 详细信息

玄武岩纤维复合材料（Basalt Fiber Reinforced Polymer，BFRP）筋是一种取代钢筋用于海洋工程的理想新材料，引起了工程界的广泛关注。本文对18根BFRP筋混凝土梁和2根钢筋混凝土梁进行四点抗弯试验，研究了配筋率、混凝土强度、BFRP筋直径及锚固方式对结构抗弯性能的影响，得到了BFRP筋混凝土梁的荷载-位移曲线及破坏形态，分析了开裂荷载、极限弯矩、跨中位移等抗弯性能参数，定量评估了BFRP筋混凝土梁极限承载力。根据本文试验结果及国内外学者89根FRP筋混凝土梁的相关试验数据，提出了一种基于试验数据的抗弯承载力计算方法，试验验证了预测公式的可靠性和预测精度。结果表明，粘结力是影响BFRP筋混凝土梁极限承载能力的关键因素，在一定范围内增加配筋率可改善粘结力，提高BFRP筋混凝土梁的极限承载力。此外，锚固方式显著影响BFRP筋混凝土梁的粘结力和抗裂性能，但对极限承载力的影响较小。计算时考虑上部纵筋因素能够更准确地反映BFRP筋混凝土梁的实际抗弯承载能力。本文通过引入无量纲化参数μp，建立了不同破坏区间等效受压区高度x与μp之间的计算公式。理论计算表明，过渡区的弯矩预测值较现行规范计算值偏保守，而受压区的弯矩预测值则偏高。预测公式较为简洁，物理意义明确，与试验值相比平均误差为8.6%，方差为0.062，表明本文计算方法与试验数据吻合较好，为BFRP筋混凝土梁抗弯承载力评估提供了一种有效途径。

关键词： BFRP筋混凝土梁极限承载力试验研究理论研究

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锥台嵌挤混凝土预应力分布规律研究

北京工业大学学报 2025年第1期51卷 72-86页

作者：闫作龙孔祥振孙宇雁孙晓晨吴远王子国青岛理工大学土木工程学院青岛266520 陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室南京210007 盐城市水利勘测设计研究院有限公司江苏盐城224000

为了提高锥台嵌挤预应力约束混凝土的抗侵彻性能、快速获得靶体的预应力大小,需要对混凝土靶体的预应力及其分布规律进行研究。该文进行了锥台嵌挤预应力加载试验,基于试验结果验证数值模型,开展了靶体的环向、径向、竖向的预应力分布... 详细信息

为了提高锥台嵌挤预应力约束混凝土的抗侵彻性能、快速获得靶体的预应力大小,需要对混凝土靶体的预应力及其分布规律进行研究。该文进行了锥台嵌挤预应力加载试验,基于试验结果验证数值模型,开展了靶体的环向、径向、竖向的预应力分布规律的研究,并进一步建立基于锥台嵌挤预应力约束方法的力学模型,推导并验证了快速预测公式,为试验研究以及工程应用的预应力优化设计提供参考。

关键词：混凝土预应力抗侵彻约束数值模拟预应力分布

基于特征能量因子的深部围岩分区破裂空间演化特征研究

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河南理工大学学报(自然科学版) 2025年

作者：李凯锐王明洋戚承志常庭瑞吕易铮北京建筑大学土木与交通工程学院中铁十四局集团有限公司中国人民解放军陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室

深部围岩分区破裂化现象是深地工程中典型的非线性力学响应，是围岩在复杂应力状态下特有的能量耗散表现。目的由于传统连续介质力学和断裂力学理论的局限性，难以准确揭示其空间构造特征，尤其在三维应力状态和复杂地质条件下。针对... 详细信息

深部围岩分区破裂化现象是深地工程中典型的非线性力学响应，是围岩在复杂应力状态下特有的能量耗散表现。目的由于传统连续介质力学和断裂力学理论的局限性，难以准确揭示其空间构造特征，尤其在三维应力状态和复杂地质条件下。针对这一问题，本文旨在另辟蹊径，以新的视角探索分区破裂化的空间构造规律，为深地巷道的施工提供科学指导。方法基于深部岩体准共振和摆形波现象的无量纲条件，推导出能够反映深部岩体能量演化的“特征能量因子”。该特征能量因子从统计物理的角度描述了深部围岩的含能特性。通过对大量现场监测数据和模型试验数据的统计分析，揭示了在分区破裂化现象发生时，特征能量因子的空间变化规律。结果通过与Shemyakin提出的最远破裂区半径的经验公式及某矿区3213工作面的实测数据进行对比，验证了分区破裂化现象的空间构造特征与特征能量因子之间的量级演化规律。这表明，围岩特征能量因子的演化能够反映出分区破裂化的空间构造特征。结论该空间构造规律模型参数少、测量方便，具备良好的实用性和推广性，适用于深部巷道施工的预判分析和围岩支护设计。此外，该模型能够在实际工程中大大简化计算，为深地工程安全的提升提供了新途径，对未来深地巷道施工规划和围岩支护策略的制定具有重要意义。

关键词：深部巷道分区破裂化开挖扰动空间构造特征能量因子

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陶瓷-活性粉末混凝土复合靶抗侵彻试验研究

振动与冲击 2019年第11期38卷 146-151,165页

作者：邹慧辉宋春明王德荣文德生陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室

为研究陶瓷材料应用到工程防护领域的抗侵彻性能。设计了 3块陶瓷-活性粉末混凝土复合靶,利用直径125 mm的特制弹体对陶瓷-活性混凝土复合靶体进行DOP( Depth of Penetration)侵彻试验,得到了弹体的飞行姿态、着靶速度、破坏形态和靶体... 详细信息

为研究陶瓷材料应用到工程防护领域的抗侵彻性能。设计了 3块陶瓷-活性粉末混凝土复合靶,利用直径125 mm的特制弹体对陶瓷-活性混凝土复合靶体进行DOP( Depth of Penetration)侵彻试验,得到了弹体的飞行姿态、着靶速度、破坏形态和靶体的侵彻深度、弹坑范围、破坏形态等试验参数,定性分析了陶瓷靶厚度和纤维层约束作用对复合靶体抗侵彻性能的影响;结果表明:陶瓷靶具有优良的抗侵彻性能,在低速(360-400 m/s)情况下对弹体能产生一定侵蚀作用;随着陶瓷靶厚度的增加,陶瓷靶的破坏形态由冲切贯穿型转变为变形凸起型破坏,耗能能力增加,复合靶体的整体抗侵彻能力增强;采用修正的别列赞公式对陶瓷靶的侵彻系数进行了初步分析,并计算了三种厚度陶瓷靶的质量防护系数和差分防护系数。结果表明,试验所用陶瓷靶的抗侵彻能力约为普通C40混凝土的4. 9倍,从而为陶瓷材料在重要防护工程的推广使用提供参考。

关键词：陶瓷靶活性粉末混凝土复合靶侵彻试验研究

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深部岩体变形破坏的特征能量因子与应用

爆炸与冲击 2019年第8期39卷 38-48页

作者：陈昊祥王明洋李杰陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室

深部岩体在高地应力作用下储存了大量的弹性应变能。在开挖或爆破扰动作用下,原有的平衡状态被打破,围岩中形成了有势场和不平衡应力场。在不平衡力场和扰动场的共同作用下,岩体的变形与破坏表现出了诸如分区破裂化、大变形、岩爆以及... 详细信息

深部岩体在高地应力作用下储存了大量的弹性应变能。在开挖或爆破扰动作用下,原有的平衡状态被打破,围岩中形成了有势场和不平衡应力场。在不平衡力场和扰动场的共同作用下,岩体的变形与破坏表现出了诸如分区破裂化、大变形、岩爆以及人工地震等非线性行为。传统的连续介质理论并不能考虑岩体的构造特性与含能特性,因此无法很好地解释深部岩体的特殊非线性力学现象。特征能量因子从能量的角度出发,结合统计物理学观点,为分析深部岩体在动静荷载组合作用下的变形和破坏过程提供了有效的理论支撑。本文主要对特征能量因子进行了简要介绍,并回顾了其在深部岩体分区破裂以及动力诱发围岩不可逆变形等非线性工程灾害现象中的应用。

关键词：深部岩体构造层级含能特性有势场与扰动场工程灾害

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多层介质复合防护结构侵彻性能的数值分析

哈尔滨工程大学学报 2019年第12期40卷 2005-2009,2049页

作者：刘阳陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室

针对现有多层介质复合防护结构侵彻性能数值分析方法存在的数值分析准确率较低的问题,本文提出一种基于拓扑优化模型的多层介质复合防护结构侵彻性能的数值分析方法。利用均匀化方法将多层介质复合防护结构的刚度作为目标、体积作为优... 详细信息

针对现有多层介质复合防护结构侵彻性能数值分析方法存在的数值分析准确率较低的问题,本文提出一种基于拓扑优化模型的多层介质复合防护结构侵彻性能的数值分析方法。利用均匀化方法将多层介质复合防护结构的刚度作为目标、体积作为优化约束条件,进行微结构分析,等效描述宏观结构物理特性的变化,推导出考虑惯性载荷的准则法公式,修正迭代算子中涉及惯性载荷灵敏度的计算值,得到优化后的数值分析模型。将子弹和多层介质复合防护结构靶板作为实验材料,利用有限元软件对子弹侵彻靶板防护结构进行数值模拟,将着靶速度、子弹射靶角度、子弹头部几何形状、侵彻速度、侵彻时间、侵彻深度作为实验参数,根据这些实验参数分析侵彻速度和子弹头部几何形状对侵彻深度和侵彻时间的影响。实验结果表明:采用修正后的迭代算子能够准确测量出多层介质复合防护结构的侵彻性能,多层介质复合防护结构侵彻性能数值分析结果与实际结果一致,所得结果对防护工程设计有着极大的参考价值。

关键词：多层介质防护结构侵彻性能惯性载荷迭代算子数值模拟