Page 152 - 《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

级为一级，钢筋混凝土球直径为 340 mm，质量
为 50 kg，根据 GB 50010—2010《混凝土结构设
计规范》要求进行操作，制作过程如图 2 所示。
使用吊车将冲击体从预设冲击位点吊起 30 m，
然后通过遥控脱钩器使其自由落体砸向混凝土
垫层。
本文中冲击能 E 定义为冲击体触地瞬间的 (a) Steel reinforcement (b) Pouring mould (c) Mold release
k
skeleton concrete ball
动能，其计算公式为：
图 2 钢筋混凝土球制作过程
2
E k = mv /2 (1)
Fig. 2 Production process of reinforced concrete ball
式中：m 为冲击体的质量，v 为冲击体的触地速度。
试验准备流程如图 3 所示，在选定的试验场地开挖深约 4.0 m、长约 9 m、宽约 2.4 m 的沟槽，先铺设
垫层，布置好管道之后再将管道上覆土分层夯实（每层厚度不超过 30 cm），压实度不低于 95%（轻型击实
标准），符合 GB 50268—2008《给水排水管道工程施工及验收规范》 [22] 第 4.6.3 条对黏性土回填的要求，
最后在地表浇筑混凝土垫层。

(a) Trench excavation (b) Pipe lifting (c) Pipe splicing (d) Measurement point
layout

(e) Trench backfill (f) Backfill compaction (g) Pouring concrete bedding layer
图 3 现场试验准备流程
Fig. 3 Field test preparation process

1.3 现场监测方案
本次试验在距冲击点 10 m 处放置一台 Phantom 高速摄影机记录冲击体在高空释放后的下落过程，
搭配千眼狼图像分析系统，基于图像序列分析，精确计算冲击体触地瞬时速度，现场布置如图 4 所示。
冲击体触地瞬时速度理论计算公式如下：
√
v = 2gh (2)
2
式中：g 为重力加速度，取值为 9.8 m/s ；h 为冲击体初始高度。
埋地混凝土管道受落石冲击作用下主要产生应力与变形，因此本次现场试验测试的主要物理量为
管道的动态应变（ε）。为了得到周边土体在落石冲击作用下的响应，周围土体的土压力需同时测量。管

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