黄土中爆炸挤密实验与数值模拟

李海超; 魏连雨; 常春伟

doi:10.11883/byzcj-2016-0251

黄土中爆炸挤密实验与数值模拟

doi: 10.11883/byzcj-2016-0251

李海超^{1, 2,},
魏连雨^{1, 3},
常春伟²

1.
河北工业大学土木与交通学院，天津 300401
2.
陆军军事交通学院国防交通系，天津 300161
3.
河北省土木工程技术研究中心，天津300401

基金项目:

河北省交通运输厅科技计划项目 20140629

详细信息

作者简介:
李海超(1969-), 女, 博士研究生, 教授, chang-0117@163.com

中图分类号: O381
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出版历程
- 收稿日期: 2016-08-19
- 修回日期: 2016-11-16
- 刊出日期: 2018-03-25

Experiment and numerical simulation of explosion compaction in loess

LI Haichao^{1, 2
,},
WEI Lianyu^{1, 3},
CHANG Chunwei²

1.
School of Civil Engineering and Transportation, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China
2.
National Defense Transportation Department, Army Military Transportation University, Tianjin 300161, China
3.
Civil Engineering Technology Research Center of Hebei Province, Tianjin 300401, China

摘要

摘要: 为研究爆炸挤密加固技术在黄土中的应用，规避在既有公路上进行大规模爆炸挤密现场实验的风险，验证借助计算机软件进行数值模拟的可行性和可靠性，先设计实施了小型爆炸挤密室外实验，再利用室外实验的材料参数和几何尺寸建立与各实验工况相对应的有限元模型，利用ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟，通过将爆腔体积、爆后土壤密度和作用于土壤的峰值压应力3个方面对数值模拟结果和实测结果进行对比，验证了将ANSYS/LS-DYNA用于数值模拟爆炸挤密技术加固黄土的可行性和可靠性，并得出上述三个方面的变化规律，可为根据现场路基状况和几何尺寸进行数值模拟提供借鉴和参考。
- 爆炸挤密 /
- ANSYS/LS-DYNA /
- 数值模拟 /
- 黄土 /
- 爆腔
Abstract: In this work we at first designed and performed some small-scale explosion compaction (EC) outdoor experiments to study the application of EC technology in loess and to verify the feasibility and reliability of numerical simulation by computer software so that the risk of field experiments of EC on existing highways can be avoided. Then, we established the finite element models using the material parameters and the geometric dimensions of the outdoor experiments. Numerical simulations were carried out using ANSYS/LS-DYNA in combination with the above finite element models. By comparing the numerical simulation results with the measured ones in three aspects: the volume of the explosion cavities, the soil density after EC and the peak compressive stress acting on the soil, the feasibility and reliability of using ANSYS/LS-DYNA to simulate the EC of loess were verified. Moreover, the variation laws in the above three aspects were obtained. Our work can provide reference for numerical simulation of EC according to the conditions and the geometrical dimensions of actual loess subgrade.
- explosion compaction /
- ANSYS/LS-DYNA /
- numerical simulation /
- loess /
- explosion cavity

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图 1 实验用黄土、圆筒和夯实土壤

Figure 1. Tested loess, containers and tamping soil

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图 2 放置传感器

Figure 2. Placing sensors

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图 3 有限元模型

Figure 3. Finite element model

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图 4 工况1的爆腔

Figure 4. Explosion cavities of Case 1

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图 5 1/4爆腔体积-时间历程曲线

Figure 5. Volume-time curves of 1/4 explosion cavity

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图 6 数值模拟和实测爆腔体积

Figure 6. Simulated and experimental volumes of EC

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图 7 土壤密度比较

Figure 7. Comparison of soil density

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图 8 土壤峰值压应力比较

Figure 8. Comparison of peak pressure on soil

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表 1 土的主要参数

Table 1. Key parameters of the soil

工况	ρ/(g·cm^-3)	G/MPa	K/MPa	a₀/(10⁸ Pa²)	a₁/(10³ Pa)	a₂/(10^-2)
1	1.82	43.47	94.19	1.90	5.08	3.40
2	1.83	40.20	87.11	2.20	5.71	3.70
3	1.81	41.14	89.14	1.34	4.14	3.21
4	1.85	37.40	81.04	3.20	7.40	4.27

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表 2 炸药材料参数

Table 2. Parameters of the explosive

ρ/(g·cm^-3)	D/(m·s^-1)	p/GPa	A/GPa	B/GPa	R₁	R₂	ω	E/(J·cm^-3)
1.31	3 200	9.9	214.4	0.182	4.2	0.90	0.150	4 192

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表 3 空气参数

Table 3. Parameters of air

ρ/(10^-3g·cm^-3)	C₀/10^-6	C₁	C₂	C₃	C₄	C₅	C₆	E₀/(J·cm^-3)
1.293	-1.0	0.0	0.0	0.0	0.4	0.4	0.0	0.25

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施引文献

期刊类型引用(2)

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