Page 43 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 王 振，等： 平整壁面通道内冲击波传播试验研究 第 9 期

隧道工程作为交通运输的关键节点，是国防工程实现其战略战术目的的重要保障。随着现代战争
武器精度与威力的不断升级，特别是在无人机技术不断发展的背景下，小型无人机挂载弹药对通道内人
员及设施进行精确打击已成为现实。与自由场相比，爆炸冲击波在通道壁面约束下，在其传播方向上相
同距离处具有更高的能量。冲击波在防护工程通道中的传播规律是以减少人员伤亡和设施损坏为目的
的工事设计和建设的重要依据。
在对通道中的爆炸冲击波传播规律的研究方面，基于对自由空间以及半自由空间中爆炸冲击波的
传播规律的研究已有大量成果。对于冲击波在大气中的超压，研究人员给出了多种工况下的算式。亨
利奇 给出了冲击波超压在不同等效距离下的算式，贝克 给出了冲击波压力关于等效距离的算式和冲
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[1]
量与爆距的关系。使用 ANSYS/LS-DYNA 进行数值模拟时，以比例爆距作为依据来选用 TNT 爆炸模型
的网格尺寸相对来说较为合理 。姬建荣等 [4] 通过爆炸试验获得了冲击波正超压与等效直径和等效装
[3]
药量的关系；目前使用仿真软件获得的冲击波传播过程可靠性较好 。由于受到壁面的约束，冲击波在
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狭小的流场内多次反射叠加，Kinney [6] 计算了马赫反射发生时的入射角，在此基础上，Benselama 等 [7] 和
胡涛等 通过数值模拟结合爆炸数据探究了冲击波由球面波转换为平面波的位置。
[8]
由于通道四周壁面的阻挠和约束作用，爆炸毁伤元的传播规律显著区别于自由场环境。炸药在半
封闭结构内爆炸时，冲击波的传播状态比在自由场中要复杂得多，结构冲击波在隧道狭长的空间中会出
现多次反射叠加，在通道中产生超压峰值高、持续时间短的冲击波并向内传播，武器的杀伤效果增强，对
通道中的防护设施构成严重威胁。
现有研究分析了不同截面通道、不同装药工况下的通道内冲击波传播规律 [9-14] ，并根据试验和模拟
结果建立了空气冲击波到时预测模型 [15-17] ；庞伟宾等基于数值模拟结果，通过量纲分析法得到了以比例
爆距作为自变量的爆炸冲击波超压峰值的计算公式 [18] ；杨科之等 [19] 考虑到长通道中爆炸能量扩散受限
的特点，利用三维数值模拟计算方法，得到了冲击波沿通道方向的传播衰减规律公式。
在通道中，冲击波的反射现象十分显著，现有研究很少将反射波及其波阵面运动与冲击波传播规律
进行对比分析。本文中将通过长直单兵通道内的爆炸冲击波传播试验与数值模拟，分析荷载曲线的演
化过程，阐释冲击波传播过程中波阵面运动及相互作用对冲击波参数的影响机理，并基于试验与数值模
拟结果提出通道内冲击波超压的预测模型，研究结果可以为防护结构设计提供理论依据。

1 研究方法

为研究装药量以及装药位置对平整壁面通道内冲击波传播规律的影响，设计建造了一条 30 m 长的
试验通道；采用口外装药、堵口装药和口内装药 3 种典型装药布置方式进行爆炸试验，并对试验工况进
行数值模拟。
试验通道结构参数为：通道截面为直墙圆
拱形结构，内部空间跨度为 1.8 m，直墙高 1.8 m，
R 0.9 m
圆拱半径为 0.9 m，截面等效直径为 2.397 m，如
图 1 所示。爆炸试验使用了 2 种当量（0.5、1.0 kg）
的 TNT 药柱，药柱长径比为 1。装药中心在试验 0.9 m
通道的中轴线上，距离地面高度为 1.2 m。 1 m 1 m 2.7 m
1.8 m 1.2 m
在试验通道地面中心线上规划若干测点用
于安装压力传感器，监测冲击波传播过程中各测
点处的压力变化。以爆心位置为原点，通道向内
为 x 轴正方向，水平垂直右内侧壁面为 y 轴正方
图 1 试验通道截面与爆心位置示意图
向，垂直竖直向上为 z 轴正方向，建立坐标系。
Fig. 1 Schematic of explosion center position and
测点坐标相对于通道入口原点分别为（3 m，0 m， cross section of test channel

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