Page 77 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 董 琪，等： 水下接触和近场爆炸作用下沉箱码头的毁伤特性 第 1 期

observed as the waves traversed the sand-filled compartments. Numerical simulation results revealed that the shock wave load
within the caisson undergoes a decay rate that transitions from rapid to gradual. Damage characteristics of caisson wharf is
primarily shaped during the underwater explosion shockwave phase. Neglecting large-scale macroscopic movements such as
uplift and scattering post panel failure, the damage formation time slightly exceeds twice the shockwave propagation duration
through the structure.
Keywords: underwater contact explosion; underwater near-field explosion; caisson wharf; damage effect; damage
mechanism; shock wave propagation

水下爆炸相较于空中爆炸，具有毁伤作用更强、破坏机理更复杂、毁伤部位更隐蔽和毁伤程度难以
[1]
探查等特点 ，是沉箱码头面临的主要威胁之一。因此，研究水下爆炸作用对沉箱码头的毁伤机理和破
坏过程有着重要的现实和战略意义。水下爆炸可分为冲击波传播和气泡脉动 2 个阶段，其作用包括水
下冲击波、气泡脉动产生的滞后流和气泡脉动压力、气泡收缩坍塌形成的高速射流荷载 ，这造成水下
[2]
爆炸对沉箱码头的毁伤机理十分复杂。黄谢平等 [3] 研究了近水面、库中和库底 3 种水下爆炸工况下混
凝土重力坝的破坏模式，研究发现，大坝主要呈现 3 种典型破坏模式，其中库中水下爆炸时，大坝的毁伤
[4]
效应最强且破坏模式最为多样，是水下爆炸典型工况。Chen 等 通过 LS-DYNA 建立了沉箱码头水下爆
炸全尺寸模型，研究了炸药当量和炸药入水深度对沉箱码头毁伤特性的影响规律，结果表明，水面和水
底对冲击波和气泡脉动的影响不容忽视。考虑到水位对水下爆炸荷载分布的影响，Zhang 等 [5] 通过模型
试验结合数值模拟研究了沉箱码头的毁伤效应，研究发现，高水位下码头的上部结构和沉箱结构均会产
生更显著的动态响应和毁伤程度。Zhou 等 [6] 研究了水下爆炸下沉箱码头的动态响应，发现随着爆炸距
离的增加，水下爆炸引起的沉箱挠度变形减小，引起沉箱变形挠曲的主要荷载因素由气泡脉动转变为冲
击波。考虑到沉箱码头的尺寸以及水下爆炸试验的危险性，国内外学者们普遍采取数值模拟结合模型
实验的研究方法，董琪等 [7] 和刘靖晗等 [8-9] 结合沉箱码头模型实验，通过 LS-DYNA 软件研究了水下接触
爆炸、近水面爆炸、空中和水下组合爆炸对码头的毁伤作用。黄谢平等 [10] 和王高辉等 [11] 通过 LS-
DYNA 软件研究了爆距对重力坝毁伤效应的影响，并得出水下最优爆距。对水下爆炸下沉箱码头的研
究涉及水下爆炸复杂荷载特性、高应变率下材料动态本构模型、多介质瞬态动力耦合等多方面课题，爆
炸距离是影响水下爆炸毁伤作用最为显著的因素之一 。当前有关水下爆炸对沉箱码头毁伤机理和破
[6]
坏过程的影响规律的研究较少，但已开展的各型钢筋混凝土构件、大坝、码头等水工构筑物的水下爆炸
研究可提供数值模拟方法和技术路线上的参考 [12-14] 。
为研究水下接触和近场爆炸作用下沉箱码头的毁伤机理，本文通过数值模拟结合模型试验的方法
重现沉箱码头在水下接触和近场爆炸时的破坏过程，探究水下爆炸冲击波荷载在码头结构内的传播和
衰减规律，分析爆炸距离对沉箱码头破坏特征和毁伤程度的影响规律，研究水下爆炸下沉箱码头的毁伤
机理和发展过程。

1 模型试验概况

本次水下爆炸试验在直径 8 m、深 8 m 的钢筋混凝土空心圆柱爆坑中进行，爆坑的内衬为 2 cm 厚的
钢板，试验场地如图 1(a) 所示。考虑到试验场地和成本限制，以典型突堤式沉箱码头为参考，沉箱码头
的整体尺寸按照几何相似比 1∶5 缩比设计，考虑到施工的可行性和承载力要求，对内隔墙和外墙等部位
的墙厚加宽 2 cm，沉箱码头模型的整体尺寸、炸药半径、爆距以及钢筋配筋率均按照相似比设计。沉箱
码头模型长 298 cm、宽 162 cm、高 219 cm。以封仓板为界，码头下部为沉箱结构，高 180 cm，由外墙、沉
箱底板、封舱板、内隔墙围成，包括 6 个长 86 cm、宽 65 cm 的仓格，仓格内有饱和砂。码头上部结构高
39 cm，由面板、外墙、管沟、中间仓格以及仓格内填砂构成。炸药为圆柱状装药，装药直径 10 cm，
高 10 cm。
码头模型中沉箱的混凝土强度（f ）为 35.0 MPa，码头上部结构的混凝土强度为 28.2 MPa。钢筋采用
c

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