[发明专利]一种大当量地下多点延时爆炸弹坑效应模拟装置及方法

说明书

本发明公开了一种大当量地下多点延时爆炸弹坑效应的模拟装置及方法，装置包括真空室、爆源系统、多点爆源微差延时起爆控制系统、真空室操作系统、动态采集系统、数字图像处理系统、弹坑破坏形态立体重构系统；真空室内有箱体，用于填充爆炸模拟所需的相似材料；真空泵组通过管道与真空室相连；多点爆源微差延时起爆控制系统包括起爆器、起爆模块、导爆索、离子电探针、脉冲形成网络、示波器；爆源中的玻璃罩底端与真空室外的爆源充压控制装置相连；动态采集系统包括高速相机、光源、计算机；弹坑破坏形态立体重构系统包括三维扫描仪、计算机。本发明的模拟方法及装置可重复开展不同参数条件下大比尺地下多点微差延时爆炸弹坑效应模拟试验，操作简单、成本低、可控性强。

技术领域

本发明属于爆炸模拟技术领域，具体涉及一种大当量地下多点延时爆炸弹坑效应模拟装置及方法。

背景技术

随着各种爆破技术在交通、水利水电工程建设、能源和矿产资源的勘察与开发、地质灾害的防灾与减灾等领域的成功应用，工程爆破的规模不断扩大。当前很多的工程采取多点爆破方案，这种复杂的装药配置方案拟定大多是基于几何相似的经验公式，而大量的爆破实践表明，在增大地下爆炸规模时，必须考虑重力在抛掷弹坑形成过程中的作用，研制一种大当量工程多点爆破的模拟优化装置，不仅可以对爆破参数优化设计，提高爆破效率，而且可以对工程多点爆破的效果和效应进行科学的预测预报，具有重要的科学意义和工程应用价值。

对于大当量地下多点爆炸的研究对象天然岩体而言，由于其复杂的结构和构造特征，在爆炸作用下岩石的运动、变形和破坏具有非协调非相容特性，物理过程复杂，影响因素众多。目前在理论分析上还存在很大困难，数值模拟也难以准确进行。现场实地试验虽然可针对特定条件进行研究，但研究周期长，且耗费大量人力物力，试验风险巨大，可重复性差，难以开展系统研究。采用相似物理模拟试验的方法可以真实、直观地反映地质构造和装药配置的空间关系，能够准确地模拟大当量地下浅埋爆炸过程中各种影响因素对弹坑和鼓包形成的影响，使人们更容易全面把握爆破过程中岩体的运动、变形及破坏特性，是研究地下爆破问题，特别是地下核爆炸问题的一种有效的方法。

当前，国内外主要的地下爆炸物理模型试验装置主要有离心机爆炸模拟装置。但是，由于离心机爆炸模拟装置受到离心机加速度和吊篮模型箱尺寸的限制，土工爆炸离心机模拟比尺有限，只适用于小当量和小比例埋深的抛掷爆炸。且原有的爆源装置采用球形镍铬丝金属栅格内置薄壁橡胶气囊做成的，通过低压电流加热镍铬丝来烧裂橡胶球达到释放压缩气体的目的，该装置的起爆方式不仅镍铬丝的加热时间不可控，对于多组爆源的延期起爆无法做到精确的起爆控制，而且橡胶气囊很可能随机地从某处开一裂口造成气体喷出的不均匀，与地下抛掷爆炸成坑物理过程不相符，对试验模拟结果造成影响。

目前国内对于多点爆源微差延时精确起爆控制还缺乏成熟的技术手段。柔性微差延时起爆网络设计中常用的导爆索分束方法并不适用于大当量真空室爆炸模拟实验，亟需一种大当量地下多点延时爆炸弹坑效应的模拟装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种大当量地下多点延时爆炸弹坑效应模拟装置及方法，以解决当前国内无法模拟大当量地下多点微差延时爆炸弹坑效应的难题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种大当量地下多点延时爆炸弹坑效应模拟装置，其特征在于，包括：

真空室，用于提供真空的环境；

爆源系统，包括多个爆源装置，用于在所述真空室内模拟爆炸；

真空室操作系统，与所述真空室相连接，用于控制所述真空室内的真空度；

多点爆源微差延时起爆控制系统，用于控制所述爆源系统的多点微差延时模拟爆炸。

进一步的，所述多点爆源微差延时起爆控制系统包括起爆器、多个通过起爆线与所述起爆器连接的电雷管、分别与所述爆源装置相连接的多条导爆索、分别与各导爆索连接的离子电探针以及通过脉冲形成网络与所述离子电探针相连接的示波器；