2019年 39卷 第8期
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2019, 39(8): 081101.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0286
摘要:
近年来，随着超高速武器的发展，侵彻效应的研究重点逐渐由高速向超高速发展。随着弹体打击速度提高，侵彻机制发生变化，并触发强烈的成坑和地冲击效应。本文综述了大速度范围内岩石类介质侵彻效应的理论研究进展，讨论了长杆弹侵彻速度的分区，介绍了岩石类介质的侵彻、成坑、地冲击效应的理论模型，并对目前研究中尚有待解决的问题和下一步的研究方向进行了展望。
近年来，随着超高速武器的发展，侵彻效应的研究重点逐渐由高速向超高速发展。随着弹体打击速度提高，侵彻机制发生变化，并触发强烈的成坑和地冲击效应。本文综述了大速度范围内岩石类介质侵彻效应的理论研究进展，讨论了长杆弹侵彻速度的分区，介绍了岩石类介质的侵彻、成坑、地冲击效应的理论模型，并对目前研究中尚有待解决的问题和下一步的研究方向进行了展望。
2019, 39(8): 081102.
doi: 10.11883/bzycj-2018-0480
摘要:
为研究爆炸应力波与裂纹相互作用机理，利用透射式爆炸动态焦散线光学实验系统研究了预制水平静态裂纹和切缝药包炮孔爆破产生的水平运动裂纹受正入射爆炸动载作用后动态特性的变化规律。结果表明：正入射爆炸应力波与静止裂纹作用时，爆炸应力波P波使得裂纹先闭合后张开，S波在裂纹壁面形成波浪状散斑上下交替向外扩展；运动裂纹尖端应力场对静止裂纹的起裂和扩展有重要影响。后爆孔爆炸应力波对先爆孔产生的水平定向运动裂纹尖端动力学特性影响显著。当爆炸应力波与运动裂纹同向时，P波使得裂纹扩展速度和应力强度因子\begin{d...
为研究爆炸应力波与裂纹相互作用机理，利用透射式爆炸动态焦散线光学实验系统研究了预制水平静态裂纹和切缝药包炮孔爆破产生的水平运动裂纹受正入射爆炸动载作用后动态特性的变化规律。结果表明：正入射爆炸应力波与静止裂纹作用时，爆炸应力波P波使得裂纹先闭合后张开，S波在裂纹壁面形成波浪状散斑上下交替向外扩展；运动裂纹尖端应力场对静止裂纹的起裂和扩展有重要影响。后爆孔爆炸应力波对先爆孔产生的水平定向运动裂纹尖端动力学特性影响显著。当爆炸应力波与运动裂纹同向时，P波使得裂纹扩展速度和应力强度因子
2019, 39(8): 081103.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0191
摘要:
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...
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...
2019, 39(8): 083101.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0078
摘要:
动态压缩荷载作用下，脆性岩石内部动态细观裂纹扩展特性，对岩石宏观动态力学特性有着重要的影响。然而，对岩石内部动态细观裂纹扩展与宏观动态力学特性的关系研究较少。基于准静态裂纹扩展作用下的应力-应变本构模型、准静态与动态裂纹扩展断裂韧度关系、裂纹速率与应变率关系模型及应变率与动态断裂韧度关系，提出了一种基于细观力学的动态应力-应变本构模型。其中裂纹速率与应变率关系，是根据裂纹长度与应变关系的时间导数推出；应变率与动态断裂韧度关系，是根据推出的裂纹速率及应变率关系，与裂纹速率及断裂韧度关系相结合而得到...
动态压缩荷载作用下，脆性岩石内部动态细观裂纹扩展特性，对岩石宏观动态力学特性有着重要的影响。然而，对岩石内部动态细观裂纹扩展与宏观动态力学特性的关系研究较少。基于准静态裂纹扩展作用下的应力-应变本构模型、准静态与动态裂纹扩展断裂韧度关系、裂纹速率与应变率关系模型及应变率与动态断裂韧度关系，提出了一种基于细观力学的动态应力-应变本构模型。其中裂纹速率与应变率关系，是根据裂纹长度与应变关系的时间导数推出；应变率与动态断裂韧度关系，是根据推出的裂纹速率及应变率关系，与裂纹速率及断裂韧度关系相结合而得到...
2019, 39(8): 083102.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0164
摘要:
利用MTS 815电液伺服岩石实验系统进行上限应力为80%、85%、90%、95%单轴抗压强度的大理岩单轴压缩循环加卸载实验，每种上限应力条件分别设置20、40、60、80次循环。再利用分离式Hopkinson压杆对损伤岩样进行动力学实验。分析了循环加卸载上限应力及循环次数对大理岩塑性应变的影响，揭示了大理岩动态力学参数和破碎吸收能随损伤变量的演化规律。实验结果表明:塑性应变与循环次数呈正相关，且上限应力越大，塑性应变趋于稳定所需的循环次数也会增大；动态单轴抗压强度、动态弹性模量随损伤变量增加呈...
利用MTS 815电液伺服岩石实验系统进行上限应力为80%、85%、90%、95%单轴抗压强度的大理岩单轴压缩循环加卸载实验，每种上限应力条件分别设置20、40、60、80次循环。再利用分离式Hopkinson压杆对损伤岩样进行动力学实验。分析了循环加卸载上限应力及循环次数对大理岩塑性应变的影响，揭示了大理岩动态力学参数和破碎吸收能随损伤变量的演化规律。实验结果表明:塑性应变与循环次数呈正相关，且上限应力越大，塑性应变趋于稳定所需的循环次数也会增大；动态单轴抗压强度、动态弹性模量随损伤变量增加呈...
2019, 39(8): 083103.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0140
摘要:
为利用球面波实验测得的有限个粒子速度信息来分析地下爆炸下介质的运动及变形特性，基于黏弹性球面波理论和局部黏弹性等效假设，提出了一种构建地下爆炸运动及变形场的新方法。首先，利用0.125 g TNT填实爆炸下花岗岩中相邻测点的粒子速度频谱给出相应的频谱比；其次，结合黏弹性球面波理论给出的理论频谱比求解出相邻测点之间区域内等效的球面波传播系数；再次，利用局部黏弹性等效假设给出相邻测点之间任意一点的粒子速度频谱，再通过傅里叶逆变换给出粒子速度的时域波形；最后，利用运动场和变形场的物理关系，完成整个分析...
为利用球面波实验测得的有限个粒子速度信息来分析地下爆炸下介质的运动及变形特性，基于黏弹性球面波理论和局部黏弹性等效假设，提出了一种构建地下爆炸运动及变形场的新方法。首先，利用0.125 g TNT填实爆炸下花岗岩中相邻测点的粒子速度频谱给出相应的频谱比；其次，结合黏弹性球面波理论给出的理论频谱比求解出相邻测点之间区域内等效的球面波传播系数；再次，利用局部黏弹性等效假设给出相邻测点之间任意一点的粒子速度频谱，再通过傅里叶逆变换给出粒子速度的时域波形；最后，利用运动场和变形场的物理关系，完成整个分析...
2019, 39(8): 083104.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0169
摘要:
为探讨高温花岗岩经水冷却后的细观结构损伤及动态力学性能，对水冷却后高温花岗岩开展波速和核磁共振测试，分离式霍普金森压杆冲击试验，以及冲击破碎试样的扫描电镜观察，分析比较不同状态下花岗岩波速、孔隙度和动力学参数的变化规律。研究发现：随着温度升高，经水冷却处理后高温花岗岩波速非线性下降，大孔径孔隙度分量增大，且水冷却后试样的孔隙孔径尺寸和数量均大于自然冷却；水冷却后高温花岗岩动力学参数呈现出随着温度升高，峰值应力减小，峰值应变增大，弹性模量则先增大后减小的规律；由于水冷却使高温花岗岩表面温度急剧降低...
为探讨高温花岗岩经水冷却后的细观结构损伤及动态力学性能，对水冷却后高温花岗岩开展波速和核磁共振测试，分离式霍普金森压杆冲击试验，以及冲击破碎试样的扫描电镜观察，分析比较不同状态下花岗岩波速、孔隙度和动力学参数的变化规律。研究发现：随着温度升高，经水冷却处理后高温花岗岩波速非线性下降，大孔径孔隙度分量增大，且水冷却后试样的孔隙孔径尺寸和数量均大于自然冷却；水冷却后高温花岗岩动力学参数呈现出随着温度升高，峰值应力减小，峰值应变增大，弹性模量则先增大后减小的规律；由于水冷却使高温花岗岩表面温度急剧降低...
2019, 39(8): 083105.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0008
摘要:
用实验和数值模拟方法，研究在爆炸载荷下岩体内部一对平行裂纹对扩展主裂纹的影响规律。实验中，采用带有中心装药孔及预制裂纹的砂岩圆盘试件，利用由示波器、超动态应变仪及裂纹扩展计所组成的测试系统，监测主裂纹扩展速度和扩展距离；数值模拟中，采用了AUTODYN软件进行，模拟了主裂纹及两平行裂纹的扩展规律，对岩石材料，采用线性状态方程及最大拉应力失效准则，并在两平行裂纹间设置相应的观测点记录应力曲线。通过实验与数值模拟分析，得到：爆炸载荷下，紧随冲击波后的稀疏波经过两平行裂纹面反射后变成压缩波，并在两平行...
用实验和数值模拟方法，研究在爆炸载荷下岩体内部一对平行裂纹对扩展主裂纹的影响规律。实验中，采用带有中心装药孔及预制裂纹的砂岩圆盘试件，利用由示波器、超动态应变仪及裂纹扩展计所组成的测试系统，监测主裂纹扩展速度和扩展距离；数值模拟中，采用了AUTODYN软件进行，模拟了主裂纹及两平行裂纹的扩展规律，对岩石材料，采用线性状态方程及最大拉应力失效准则，并在两平行裂纹间设置相应的观测点记录应力曲线。通过实验与数值模拟分析，得到：爆炸载荷下，紧随冲击波后的稀疏波经过两平行裂纹面反射后变成压缩波，并在两平行...
2019, 39(8): 083106.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0187
摘要:
通过分离式霍普金森杆对层状千枚岩施加动态载荷，得到不同层理倾角下层状千枚岩的动态抗压强度与宏观破坏模式。采用三维激光仪获得断裂面细观形貌，引入分形几何定量计算断口面粗糙度；结合SEM观察到的微观尺度下不同层理倾角断口破坏机理，分析了不同层理倾角下层状岩石的动态破坏机制。研究结果表明：动态压缩下层理弱面对岩石的抗压强度影响较大；不同层理倾角千枚岩的断口形貌分形维数随层理倾角增大呈U型变化；从强度与裂纹扩展两方面考虑层理弱面对层状岩石破坏特征的影响，对于层理倾角为0°的试样，强度由岩石基质控制，但层...
通过分离式霍普金森杆对层状千枚岩施加动态载荷，得到不同层理倾角下层状千枚岩的动态抗压强度与宏观破坏模式。采用三维激光仪获得断裂面细观形貌，引入分形几何定量计算断口面粗糙度；结合SEM观察到的微观尺度下不同层理倾角断口破坏机理，分析了不同层理倾角下层状岩石的动态破坏机制。研究结果表明：动态压缩下层理弱面对岩石的抗压强度影响较大；不同层理倾角千枚岩的断口形貌分形维数随层理倾角增大呈U型变化；从强度与裂纹扩展两方面考虑层理弱面对层状岩石破坏特征的影响，对于层理倾角为0°的试样，强度由岩石基质控制，但层...
2019, 39(8): 083107.
doi: 10.11883/bzycj-2018-0391
摘要:
含非贯通裂隙岩体是自然界中岩体的主要赋存形式，其裂隙几何特征对岩体的强度及变形均产生显著影响。应变率对岩体的损伤演化及黏滞效应也具有显著的率相关性。首先，运用模型元件的方法，将非贯通裂隙岩体动态破坏过程视为具复合损伤、静态弹性特性、动态黏滞特性的非均质点组成，对黏弹性响应的Maxwell体进行改进，将细观损伤体与裂隙损伤演化的宏观损伤体根据等效应变假设并联组成宏细观复合损伤体，构建综合考虑岩体宏细观缺陷的动态损伤模型；其次，基于断裂力学及应变能理论，对岩体宏观裂隙动态扩展的能量机制进行分析，综合...
含非贯通裂隙岩体是自然界中岩体的主要赋存形式，其裂隙几何特征对岩体的强度及变形均产生显著影响。应变率对岩体的损伤演化及黏滞效应也具有显著的率相关性。首先，运用模型元件的方法，将非贯通裂隙岩体动态破坏过程视为具复合损伤、静态弹性特性、动态黏滞特性的非均质点组成，对黏弹性响应的Maxwell体进行改进，将细观损伤体与裂隙损伤演化的宏观损伤体根据等效应变假设并联组成宏细观复合损伤体，构建综合考虑岩体宏细观缺陷的动态损伤模型；其次，基于断裂力学及应变能理论，对岩体宏观裂隙动态扩展的能量机制进行分析，综合...
2019, 39(8): 083108.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0044
摘要:
基于弹塑性力学理论，以统一强度准则为屈服准则，建立了考虑硬化/软化行为和应变率效应的岩石弹塑性本构模型；采用Fortran语言通过LS-DYNA的用户自定义材料接口(Umat)对该弹塑性本构模型进行编程，并把该程序生成求解器以达到对该模型进行应用的目的；通过岩石的单轴压缩实验和SHPB实验对所建的弹塑性本构模型进行验证，结果表明，该弹塑性本构模型能够反映岩石在准静态和动态下的力学行为。
基于弹塑性力学理论，以统一强度准则为屈服准则，建立了考虑硬化/软化行为和应变率效应的岩石弹塑性本构模型；采用Fortran语言通过LS-DYNA的用户自定义材料接口(Umat)对该弹塑性本构模型进行编程，并把该程序生成求解器以达到对该模型进行应用的目的；通过岩石的单轴压缩实验和SHPB实验对所建的弹塑性本构模型进行验证，结果表明，该弹塑性本构模型能够反映岩石在准静态和动态下的力学行为。
2019, 39(8): 083301.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0141
摘要:
为探索钨合金柱形弹超高速撞击水泥砂浆靶的侵彻深度随撞击速度变化规律，利用二级轻气炮开展了![]()
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为探索钨合金柱形弹超高速撞击水泥砂浆靶的侵彻深度随撞击速度变化规律，利用二级轻气炮开展了
2019, 39(8): 084201.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0154
摘要:
为了有效降低振动信号误差以提高数据的可信度，先针对花岗岩爆破试验中的加速度零漂信号，使用集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，EEMD）与高低频处理相结合的方法进行修正；接着，根据信号冲击响应谱提出表征修正前后频域平均偏差幅度的修正指数；最后，基于频域和时域分别讨论了不同白噪声系数范围内信号的修正效果。分析表明：EEMD方法能够有效地消除爆破加速度信号的零漂现象，但对积分后速度信号的零漂趋势改善有限；随着白噪声系数增大，不同频段上修正指数均...
为了有效降低振动信号误差以提高数据的可信度，先针对花岗岩爆破试验中的加速度零漂信号，使用集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，EEMD）与高低频处理相结合的方法进行修正；接着，根据信号冲击响应谱提出表征修正前后频域平均偏差幅度的修正指数；最后，基于频域和时域分别讨论了不同白噪声系数范围内信号的修正效果。分析表明：EEMD方法能够有效地消除爆破加速度信号的零漂现象，但对积分后速度信号的零漂趋势改善有限；随着白噪声系数增大，不同频段上修正指数均...
2019, 39(8): 084202.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0167
摘要:
地下核爆炸后会在地表产生下陷弹坑、塌陷带等不可逆变形爆炸后效应，利用地表形变信息对地下核试验进行有效监控和评估具有十分重要的意义。基于考虑重力影响的地下强爆炸塌陷成坑相似理论，利用陆军工程大学自主研制的地下爆炸效应真空室模拟试验装置，对2017年9月3日朝鲜地下核试验诱发的地表不可逆变形进行了模型试验。试验结果表明，地表塌陷带半径为257 m，下陷弹坑的半径为154 m，与美国、前苏联等国家已有的地下核试验经验公式的数据结果基本相当，并且符合天基雷达TS-InSar卫星监测数据的估算结果，验证了...
地下核爆炸后会在地表产生下陷弹坑、塌陷带等不可逆变形爆炸后效应，利用地表形变信息对地下核试验进行有效监控和评估具有十分重要的意义。基于考虑重力影响的地下强爆炸塌陷成坑相似理论，利用陆军工程大学自主研制的地下爆炸效应真空室模拟试验装置，对2017年9月3日朝鲜地下核试验诱发的地表不可逆变形进行了模型试验。试验结果表明，地表塌陷带半径为257 m，下陷弹坑的半径为154 m，与美国、前苏联等国家已有的地下核试验经验公式的数据结果基本相当，并且符合天基雷达TS-InSar卫星监测数据的估算结果，验证了...
2019, 39(8): 085201.
doi: 10.11883/bzycj-2018-0280
摘要:
借助极化偏振分析方法，针对一组现场爆破实验，分析了水平光面爆破激发地震波的成分构成及特性，比较了不同波的衰减特征及各自对爆破振动的影响，并探讨了水平光面爆破的内在力学机理。结果表明，爆破振动中不同波的相对量值及主导波的类型均会随测点位置的改变而变化，爆源特性和沿传播路径的不同衰减共同决定波的成分构成及演化，各测点的优势振动方向也与波的成分构成密切相关。对于水平光面爆破，在光爆孔平面上，P波的影响可忽略，S波主要在竖直向振动，R波对水平及竖直向的振动均有贡献，其中水平向的振动主要由R波引起，而S波...
借助极化偏振分析方法，针对一组现场爆破实验，分析了水平光面爆破激发地震波的成分构成及特性，比较了不同波的衰减特征及各自对爆破振动的影响，并探讨了水平光面爆破的内在力学机理。结果表明，爆破振动中不同波的相对量值及主导波的类型均会随测点位置的改变而变化，爆源特性和沿传播路径的不同衰减共同决定波的成分构成及演化，各测点的优势振动方向也与波的成分构成密切相关。对于水平光面爆破，在光爆孔平面上，P波的影响可忽略，S波主要在竖直向振动，R波对水平及竖直向的振动均有贡献，其中水平向的振动主要由R波引起，而S波...
2019, 39(8): 085202.
doi: 10.11883/bzycj-2018-0337
摘要:
为了获得边坡逐孔爆破最佳降振微差时间，以某个实际边坡逐孔微差爆破施工现场为原型，先利用ANSYS建立二维静态模型，借助有限元折减法确定自然状态下的潜在滑动面和静态安全系数；基于已确定的二维潜在滑动面重新建立同尺寸同性质的三维逐孔微差爆破动态模型，利用LS-DYAN进行动力分析，整个过程分别设置同排3个炮孔0、17、25、42和65 ms等5种不同孔间微差起爆方式；同时，对该施工现场进行排、孔间（25 ms，17 ms）、（25 ms，25 ms）、（25 ms，42 ms）、（25 ms，65 ...
为了获得边坡逐孔爆破最佳降振微差时间，以某个实际边坡逐孔微差爆破施工现场为原型，先利用ANSYS建立二维静态模型，借助有限元折减法确定自然状态下的潜在滑动面和静态安全系数；基于已确定的二维潜在滑动面重新建立同尺寸同性质的三维逐孔微差爆破动态模型，利用LS-DYAN进行动力分析，整个过程分别设置同排3个炮孔0、17、25、42和65 ms等5种不同孔间微差起爆方式；同时，对该施工现场进行排、孔间（25 ms，17 ms）、（25 ms，25 ms）、（25 ms，42 ms）、（25 ms，65 ...
2019, 39(8): 085203.
doi: 10.11883/bzycj-2019-0142
摘要:
明确结构爆破振动响应对频率与持续时间的依赖性有助于进行爆破参数设计和爆破振动安全评价。本文从频域上推导单段爆破振动、多段爆破振动、单自由度系统振动响应三者之间的关系，以延迟时间和爆破段数作为纽带分析爆破振动频率和持续时间对结构爆破振动响应的影响，最后以一组实测试验数据进行验证。结果表明，在延迟时间∆τ下，多段爆破振动出现间隔1/∆τ的频带现象，频率成分向优势频率fi=n/∆τ集中（n![]()
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明确结构爆破振动响应对频率与持续时间的依赖性有助于进行爆破参数设计和爆破振动安全评价。本文从频域上推导单段爆破振动、多段爆破振动、单自由度系统振动响应三者之间的关系，以延迟时间和爆破段数作为纽带分析爆破振动频率和持续时间对结构爆破振动响应的影响，最后以一组实测试验数据进行验证。结果表明，在延迟时间∆τ下，多段爆破振动出现间隔1/∆τ的频带现象，频率成分向优势频率fi=n/∆τ集中（n
