Page 70 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 汤长兴，等： 钢纤维增强多孔混凝土板水下接触爆炸防爆机理及损伤等级预测 第 5 期

RC 板未出现贯穿破坏。随着炸药量的增加，爆坑直径逐渐增大，环向裂纹逐渐加重并向着多道裂纹的
趋势发展，背爆面中心剥落损伤区域及由中心向四周延伸的裂缝均加重。当炸药量为 0.500 kg（工况 6）
时，爆坑直径增大至 200.1 mm，仍小于无防护方案（305 mm），同时正爆面边缘处出现多道明显的环向裂
纹；背爆面剥落损伤加剧，最大裂缝长度为 542.8 mm，RC 板发生贯穿破坏。当炸药量为 0.750 kg（工况 8）
时，由于爆炸荷载较大，正爆面爆坑直径与深度均进一步增大，RC 板的上层钢筋外露，多道环向裂纹损
伤更加严重；此外，由于 RC 板中心的贯穿损伤进一步扩大，截面处的延伸裂缝几乎遍布整个板。综上可
知，炸药量的增加会对 RC 板的损伤造成显著影响，通过增设 SAP10S15 配比防护层能够吸收大量冲击
波能量，从而有效缓解冲击波对 RC 板造成的损伤。

2.3 钢纤维增强多孔混凝土防护层水下抗爆防护性能

2.3.1 失效体积率
为分析防护层配比及炸药质量对 RC 板防护效果的影响，选用 RC 板的失效体积率作为评价指标来
评价其防护效果。失效体积率定义为被防护 RC 板的失效单元体积与其单元总体积的比值。不同配比
防护方案下 RC 板的失效体积率如图 9(a) 所示，其中 RC 为无防护方案下的失效体积率。由图 9(a) 可以
看出，加固后 RC 板的失效体积率明显低于无防护方案。在 SPA10S5、SAP10S10、SAP10S15 和 SAP10S20
配比下，RC 板的失效体积率分别为 8.51%、8.35%、8.03% 和 8.21%。不难发现，随着防护层中钢纤维体
积分数的增加，失效体积率呈先减小后增大的趋势，说明钢纤维体积分数与防护层的抗爆防护性能有直
接联系。当防护层中钢纤维的体积分数为 1.5% 时，RC 板的失效体积率最低，相较于无防护方案降低了
37.7%，说明 SAP10S15 配比防护方案具有良好的消波性能，显著减小 RC 板的损伤。

14 25

12.88
12 20 17.51 20.48
Failure volume rate/% 8 6 8.51 8.35 8.03 8.21 Failure volume rate/% 15 12.88 8.03 11.12 14.60
10

10

2 4 5
0 0
0.500
0.375
RC SAP10S5 SAP10S10 SAP10S15 SAP10S20 RC 0.250 Explosive mass/kg 0.625 0.750
Protective layer material ratio
(a) Different steel fiber volume fractions (b) Different explosive masses

图 9 失效体积率
Fig. 9 Failure volume rate

增设 100 mm 厚的 SAP10S15 配比钢纤维增强多孔混凝土防护层，RC 板在不同炸药量（0.250、
0.375、0.500、0.625 和 0.750 kg）下的失效体积率如图 9(b) 所示，其中 RC 为 0.250 kg 炸药量下无防护方案
的失效体积率。由图 9(b) 可知，随着炸药量的增大，RC 板的失效体积率显著增大。在 0.250、0.375、
0.500、0.625 和 0.750 kg 炸药量下，RC 板的失效体积率分别为 8.03%、11.12%、14.60%、17.51% 和 20.48%。
当炸药量为 0.250 kg 时，SAP10S15 配比防护方案下 RC 板的失效体积率相较于无防护方案衰减约 33.9%；
当炸药量为 0.375 kg 时，RC 板的失效体积率增大到 11.12%，此时仍小于无防护方案，降幅约为 13.7%；当
炸药量为 0.500 kg 时，RC 板的失效体积率超过无防护方案，但其上升幅度远小于炸药量的增大率。综上
所述， SAP10S15 配比防护方案能够有效吸收冲击波能量，从而有效缓解冲击波对 RC 板造成的损伤。

2.3.2 耗能分担率
为进一步分析钢纤维增强多孔混凝土板对混凝土板的防护效果，探究水体、防护层以及被防护钢筋

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