[实用新型]岩土工程抗爆试验模型室

说明书

技术领域

本实用新型属于岩土工程模型试验设备技术领域，主要提出一种岩土工程抗爆试验模型室。

背景技术

由于结构抗爆性能十分重要，国内外众多学者展开了相关研究，下面分别就国外和国内具有代表性的研究简要说明：

例一：美国Charles E.Joachim等人通过模型试验对地下炸药库偶然爆炸产生的爆炸荷载密度和岩体防护层厚度及强度对坑道外部破坏程度的影响、爆炸引起的空气冲击波和碎片的危害程度进行了研究。

模型试验几何尺寸比尺为1:25，地下炸药库模型通道长1m，截面面积为84.4cm²（高9.6cm，宽9.6cm），见图1；模型洞室长为72cm，截面面积为294.4cm²(宽20cm，高16cm)，见图2。模拟材料为铺路砖，其尺寸为19.7cm×9.3cm×5.8cm，将砖块以与竖直面成30°角砌筑（以19.7cm×9.3cm的面接触），形成30°角的表面坡度，砖层上盖一层等厚度的薄砂以模拟土壤覆盖层。

整个砖模型砌筑在加强砼框架内，砼框架外为土介质。在砌筑砖层之前，先用薄镀锌钢片折成洞室的尺寸形状并放置在洞室位置处，然后沿钢片外表面开始砌砖。钢片与砖之间的空隙用厚约4cm的灰浆灌注。整个试验装置见图3。共做三次试验，试验1炸药药量为1.27kg，试验2药量为0.21kg，试验3药量为1.27kg。炸药选择0.085 kg/m的PETN炸药，药长48cm，放置在一薄木板上，然后将薄木板放入模型洞室中。我国具有代表性的开展爆炸动载试验的科研院所的基本情况、研究条件和实力及有关项目分述如下：

例二：中国矿业大学（北京），在理论分析、调查研究以及借鉴国内外爆炸场所（包含爆炸塔、爆炸洞室、爆炸容器等）设计经验的基础上，设计并建造了爆炸洞室，其形状为球柱结合形：圆柱筒体的长度为2.5m，圆筒体和封口半球形壳面的内半径为1m，爆炸内腔的长度为1m×2+2.5m=4.5m。其筒壁结构层次依次为：内层为10mm厚的A3钢板，中层为40mm厚的木板垫层，外层为400mm厚的钢筋混凝土层。该爆炸洞室外部总长度为：450mm×2+4500mm=5400mm，如图4所示。为了便于试验观察，在筒体上方设置了观察窗口，并安装了防弹玻璃。该爆炸洞室的极限模拟爆炸药量为1000gTNT。

该爆炸洞室的特点是：①爆炸洞室洞体采用完全对称式设计，炸药包在筒体中心引爆，爆炸力对爆炸洞室洞体的冲击力具有对称性，不会引起爆炸洞室洞体的整体平动趋势，而主要只产生对称于爆炸中心的微小变形和震动；②内层选用的A3钢板具有良好的塑性性能，在弹性较小的中层木板衬垫支撑下，可以在爆炸力作用下产生一定的径向位移，大幅度地消耗传播至内壁上的爆炸能量，从而减小了振动机械能向地面埋覆土层的传播，进而减小对周围建筑物的影响。

例三：我国某大学设计了室内大尺寸爆炸试验装置，该装置的主体为一地下半封闭式结构，试验坑内部净尺寸为：长度×宽度×深度=12m×6m×3m，爆炸试验坑坑壁由内向外依次为6mm钢板、700mm钢筋混凝土、500mm砂隔震层、240mm砖墙、500mm厚粘土层、外部240mm维护砖墙、外部粘土层，坑底由上至下依次为6mm钢板、700mm钢筋混凝土、500mm砂隔震层、外部粘土层，结构见图5所示。

装置研制中考虑了爆炸冲击波从一种介质入射到另一种介质表面产生的反射和透射现象，通过对不同材料的排列组合，达到控制透射波与反射波的大小的目的，从而大大提高了该试验装置的整体抗爆性能。该装置可对结构或材料的抗爆性能进行试验研究。

从上述这些试验设备看，其种类和规模多种多样，综合来说具有以下不足：

一、现有的抗爆结构模型试验设备一般分为两种，一是只针对某一抗爆结构专门设计的试验设备，如例一，这样的设备没有制式化，不能重复利用，必将产生经济的浪费；二是设备虽是制式化，但是设备不能很好的满足岩土工程地下结构的抗爆性能研究，如例二，设备只设置了观察孔，且坑道方向与观察孔方向垂直，对于模型就位后坑道开挖、安插锚索等模拟工序操作无法实现，也不利于观察模型破坏情况，又如例三，设备虽然比较符合岩土介质中抗爆结构的性能研究，但是模型尺寸较大，占地面积大，且试验模型全埋入地下，给模型的浇筑、洞室开挖、施加锚索（杆）等围护结构、以及锚索的应力应变的量测等带来很大困难，使设备可应用范围受到限制。