Page 65 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 周 鑫，等： 混凝土中柱形装药的爆炸破坏分区及应力波衰减规律 第 9 期

6 0.7

0.08 m/kg 1/3 0.18 m/kg 1/3
5 0.09 m/kg 1/3 0.6 0.20 m/kg 1/3
0.10 m/kg 1/3 0.5 0.22 m/kg 1/3
4 0.11 m/kg 1/3 0.26 m/kg 1/3
0.12 m/kg 1/3 0.4 0.30 m/kg 1/3
σ /GPa y 3 σ /GPa y 0.3

2
0.2
1 0.1

0 0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 20 40 60 80
Time/μs Time/μs
(a) 0.08 m/kg ≤ Z ≤ 0.12 m/kg 1/3 (b) 0.18 m/kg ≤ Z ≤ 0.30 m/kg 1/3
1/3
1/3
0.15 0.07
0.40 m/kg 1/3 0.70 m/kg 1/3
0.45 m/kg 1/3 0.06 0.80 m/kg 1/3
0.12 0.50 m/kg 1/3 0.05 0.85 m/kg 1/3
0.55 m/kg 1/3 0.90 m/kg 1/3
0.09 0.60 m/kg 1/3 0.04 1.00 m/kg 1/3
σ /GPa y 0.06 σ /GPa y 0.03
0.02
0.01
0.03
0
0 −0.01
0 50 100 150 200 250 120 150 200 250 300
Time/μs Time/μs
(c) 0.40 m/kg ≤ Z ≤ 0.60 m/kg 1/3 (d) 0.70 m/kg ≤ Z ≤ 1.00 m/kg 1/3
1/3
1/3
图 9 柱形装药法向不同测点应力时程曲线
Fig. 9 Normal stress-time curves at different measurement points for cylindrical charges

上述分析表明，近流体区和压碎区的混凝土中应力波为强间断冲击波，而到了过渡区和破裂区，冲
击波已经衰减为塑性波，其波形的上升段与下降段均放缓。当比例距离达到 1.0 m/kg 1/3 时，峰值应力已
小于混凝土的抗压强度，此时爆炸应力波已衰减为弹性波。表 4 总结了装药长径比为 1 时，混凝土自由
场爆炸破坏分区边界尺寸及介质受力特征。

表 4 混凝土自由场破坏分区边界尺寸及介质受力特征
Table 4 Concrete failure zone boundaries in a free field and stressed medium properties
破坏分区类型 边界尺寸/（m·kg −1/3 ） 混凝土介质受力特征
近流体区 0.08～0.13 混凝土受强间断冲击波作用，其峰值应力远大于混凝土剪切强度，介质呈塑性流动状态
压碎区 0.13～0.17 爆炸应力值远大于混凝土抗压强度，介质被完全压碎
过渡区 0.17～0.46 混凝土介质受环向和径向压力共同作用，发生压剪破坏，裂隙呈网状分布
破裂区 0.46～1.0 混凝土介质主要受环向拉应力作用，发生拉伸破坏，形成径向裂隙
弹性区 ≥ 1.0 介质未发生塑性变形，处于弹性状态

基于 Hopkinson 相似律 [27] ，固体介质中爆炸应力波峰值应力通常以幂指数形式给出：
Å ã −n
Q
σ m = k (4)
W 1/3
式中：σ 为某一测点的峰值应力；k 为应力衰减系数；Q 为测点至装药中心的距离；W 为装药质量；Q/W 1/3
m
为比例距离，用 Z 表示；n 为衰减指数，其值越大表示峰值应力衰减越快。

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