[发明专利]直接地冲击作用下地下结构响应模型试验方法

权利要求书

1.直接地冲击作用下地下结构响应模型试验方法，其特征在于：包括以下五个步骤，

1)通过理论计算或数值仿真求出原型地下结构或构件在受直接地冲击作用下的动力响应；

根据长度缩尺比例因子S

式中l_m，l_p分别为模型结构和原型结构的特征长度，将原型结构进行缩尺得到模型结构，原型结构与模型结构各物理量间应满足以下关系

δ_m＝δ_pS (2)

ρ_m＝ρ_p (3)

σ_m＝σ_p (4)

ε_m＝ε_p (5)

m_m＝m_pS³ (6)

式中δ_m，ρ_m，σ_m，ε_m，m_m分别为模型结构的变形、密度、应力、应变、质量；δ_p，ρ_p，σ_p，ε_p，m_p分别为原型结构的变形、密度、应力、应变、质量；

2)假定式(7)中μ值为1(0＜μ≤1)，选定装药质量，利用公式(7)计算模型结构与装药中心之间的距离R，

式中，E_bI为板的抗弯刚度，其中E为材料的弹性模量，ν为泊松比；m_m为模型结构受荷载作用构件的质量；β在国际单位制中取0.47；ρ为岩土介质的密度；μ为地冲击载荷等效为平面载荷的折减系数；H_m为模型结构受荷载作用构件的高；W为装药重量；n为地冲击衰减系数；f为耦合系数；δ_m为模型结构最大变形值；

通过荷载作用时间与结构自振周期的比值判断荷载类型，当t₁≥T/4(8)时外荷载可定性为爆炸冲击波长作用时间的载荷，当t₁＜T/4(9)时外荷载可定性为瞬息冲量载荷，式中，T为结构自振周期，t₁为荷载作用时间，大小为t₁＝2R/c(10)，其中c为地冲击传播速度；

3)当外荷载为瞬息冲量载荷时，通过对μ的取值进行核算，如果核算正确则结束计算，若核算有误则需要重新设定μ值重复步骤(2)，计算出新的R值，直到核算μ正确为止；

4)当外荷载为长作用时间的载荷时公式(7)不成立，因此首先假定爆炸距离R，根据式t₁＝2R/c(10)计算t₁，将t₁带入到下式R(α)中，得到R(α)的最大值即为位移放大系数R_max，

式中α＝t/t₁，T为结构自振周期，t₁为荷载作用时间；然后通过式(12)计算等效静位移u_st，

u_st＝F_eq/K_eq (12)

式中F_eq为由结构构件等效单自由度体系求出的等效荷载，K_eq为等效刚度；最后利用公式

δ_m＝u_st·R_max (13)

计算模型结构变形的最大值δ_m，并核算是否与步骤(1)中所得变形值一致，若不一致则需重新调整爆炸距离R计算模型结构最大变形δ_m，直至核算一致为止；

5)根据步骤(1)确定出的几何尺寸设计模型结构，根据步骤(2)或步骤(4)来调整装药与结构构件间的距离，在模型结构上安装所需传感器进行数据量测，最后利用雷管引爆炸药进行试验。

2.根据权利要求1所述的直接地冲击作用下地下结构响应模型试验方法，其特征在于：模型结构的最大动力响处于线弹性范围内。

3.根据权利要求1所述的直接地冲击作用下地下结构响应模型试验方法，其特征在于：模型结构与原型结构均受直接地冲击荷载作用。

4.根据权利要求1所述的直接地冲击作用下地下结构响应模型试验方法，其特征在于：该试验方法通过核算折减系数μ值或模型结构最大变形δ_m是否满足条件来调整爆炸距离，从而使模型结构与足尺结构的最大变形满足比例关系。