Page 151 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 刘天豪，等： 落石冲击下地面混凝土垫层对埋地管道的防护作用 第 4 期

1 落石冲击埋地管道现场试验

1.1 试验场地条件
现有水利水电工程中 DN1500 管道常埋设于 2 m 左右深度的黏土层中，该土层分布广泛、强度低、
含水量大、受冲击后变形位移大。本试验地点位于武汉市江夏区郑店街道金星村的江汉大学野外试验
基地，上覆土层为杂填土和粉质黏土，试验区的黏土层厚度超过 5 m，试验区原位土的物理力学参数见表 1。

表 1 土壤的物理力学参数
Table 1 Physical and mechanical parameters of the soil
地层 土质 泊松比 密度/(g·cm ) 黏聚力/kPa 内摩擦角/(°)
−3
1 杂填土 − 1.80 4 18
2 粉质黏土 0.3 1.90 34 13.8

1.2 试验方案设计
对落石冲击试验进行适当的简化设计以减小试验难度，模型试验设计示意如图 1 所示，为保证所得
模型试验结果符合排水输水管道的工程情况，现场 4 节混凝土管道采用企口式接口柔性连接，混凝土管
道每节长 2 m，内径为 1.5 m，外径为 1.8 m，管道参数满足《混凝土和钢筋混凝土排水管》（GB/T 11836-
2023） [20] 的要求，企口式混凝土管道参数如表 2 所示。混凝土垫层长 2 m、宽 2 m、厚 0.1 m，采用 C30 素
混凝土浇筑而成，浇筑及养护根据《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010） [21] 的要求进行操作，材料参
数如表 3 所示。

Impact body
8 000 mm Impact point
Impact point
Concrete bedding Pipeline 30 m
Concrete bedding
Pipeline
layer contour
layer
contour
2 000 mm Miscellaneous fill
2 000 mm
2 000 mm
2 000 mm
2 000 mm 2 000 mm 2 m Concrete bedding
Pipeline
Pipeline Silty clay 2 m Concrete pipeline
1.8 m
1 800 mm
1 800 mm
y 2 m
x
z
(a) Pipeline and concrete bedding layout (b) Relative position of impactor and pipeline

图 1 模型试验设计示意图
Fig. 1 Schematic diagram of the model test design

表 2 单节管道参数 表 3 混凝土垫层参数
Table 2 Parameter of a single section of the pipe Table 3 Concrete bedding parameter
管道内径/管道壁厚/ 混凝土 钢筋用量/管道重量/裂缝荷载/破坏荷载/ 密度/ 弹性模量/ 抗压强度/ 抗拉强度/
泊松比
−3
−1
−1
mm mm 用量/m 3 kg kg (kN·m ) (kN·m ) ( g·cm ) MPa MPa MPa
1 500 150 1865 55.6 1 920.6 100 150 2.5 30 000 0.2 20.1 2.01
试验的冲击体为 C30 混凝土浇筑的钢筋混凝土球，配筋采用 3 根 M8 箍筋和 2 根 M8 纵筋，钢筋等

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