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模拟不同海拔水下爆炸的实验研究

黄麟  
【摘要】:随着我国经济建设的日益发展,矿山开采和城市交通建设在各个不同海拔地区陆续展开,在高原环境中的施工已相继提上日程,如青藏铁路的修建,铁路沿线海拔大部分在3000m以上,其中有不少项目都需要采用水下爆破,但是关于海拔高度对炸药作功能力影响的报道很少,而对高海拔低气压环境中的水下爆炸研究更是缺乏。本文采用自行设计的高压爆炸容器模拟不同海拔的水下爆炸环境,结合爆炸载荷和高速摄影技术测量水下爆炸参数,探究海拔高度对装药水下爆炸能量输出和作功能力的影响。 水下装药承受装药深处的静水压以及水表面气压。前者与水深有关,后者受大气压影响。根据物理学原理,在海拔5000m以下,大气压力每降低100Pa,海拔升高9.5m。依据此规律模拟海拔500m、1000m、1500m、2000m、2500m、3000m、3500m、4000m、4500m环境进行水下爆炸研究。 文中以8号雷管作为水下装药进行爆炸能量输出实验,通过测出冲击波峰值压力Pm、冲击波衰减时间e、气泡脉动周期tb、最大气泡半径r等水下参数计算水下能量。随着海拔的升高,除气泡脉动周期和最大气泡半径外,其它水下参数和水下能量均不随海拔发生明显变化。周期与海拔的关系为:y=28.67+0.00112x+6.25E-7x2,相关系数r2=0.999;文中将经验周期公式k值由2.11修正为1.995,计算误差从6.8%降至1%。最大气泡半径随海拔升高而逐渐增大,在(0-3500)m范围内半径与海拔关系为:y=0.00355x+174.77, r2=0.983。最大气泡半径经验公式k值与海拔关系:k=-1.6914x+81419, r2=0.996;测试和计算半径误差为0.3%。 此外以8号雷管作为装药进行了水泥砂浆试件爆破试验,全部回收爆破碎块后,对不同海拔条件下的爆破效果进行了分析,得出试块块度分布基本不随海拔变化而变化。不同海拔条件下,剩余比冲击波能约为水中爆炸的1%~2%,剩余比气泡能为水中爆炸的55%~65%,平均为60%。剩余气泡脉动周期随海拔增大而增大,对比水中装药,其增长幅值相对较小。论文研究对不同海拔的水下爆炸装药量控制和爆破安全具有借鉴作用。


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