Page 184 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 第 4 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 4
2026 年 4 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Apr., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0290

砂砾土中爆炸模型试验相似材料

性能测试及配制方法 *

王海生 1,2,3 ，管龙华 ，朱 斌 ，卢 强 ，丁 洋 ，李俊超 ，汪玉冰 ，李伟俊 ，逄 铮 1
2
1,3
2
1
1,3
1
1
（1. 浙江大学超重力科学与技术研究院，浙江 杭州 310058；
2. 西北核技术研究所，陕西 西安 710024；
3. 浙江大学岩土工程研究所，浙江 杭州 310058）
摘要： 超重力离心模型试验是模拟原型爆炸效应的有效手段，其成功应用依赖于能够复现原状土动力响应的相
似土样。针对砂砾土爆炸离心模拟中存在的粒径效应和材料相似性难题，建立了一套系统的相似土样配制与验证方
法。通过理论分析，将影响爆炸地冲击效应的关键土性参数聚焦于密度和波速（波阻抗），而控制这些参数的核心是土
体的级配特征。采用剔除法、等量替代法、相似级配法和混合法 4 种缩尺方法制备了 12 种不同最大粒径的相似土样，
通过孔隙比试验和有效围压下的弯曲元测试，揭示了砂砾土极孔隙比与细粒含量、平均粒径的量化关系，进而建立了
小应变弹性模量的经验预测模型。通过对比模型预测的波速与原位实测数据，结果表明：不均匀系数、细粒含量和平
均粒径是实现砂砾土爆炸动力相似的关键控制指标；采用等量替代法配制的最大粒径为 10 mm 的相似土样，在上述指
标上与原状土最等效。基于此相似土样的超重力离心爆炸试验进一步证实，爆源平面内的归一化峰值加速度衰减规
律与原位数据高度一致。通过控制关键级配指标并采用等量替代法，可成功配制出在爆炸动力响应上与原状砂砾土
等效的相似材料，从而为相关领域的离心机模型试验提供切实可行的技术途径。
关键词： 砂砾土；爆炸效应；波阻抗；相似土样；孔隙比；弹性模量；弹性波速；离心模型试验
中图分类号： O389 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Performance testing and preparation methods of similitude
materials for explosion modeling in gravelly soil

2
1,3
2
1
1,3
WANG Haisheng 1,2,3 , GUAN Longhua , ZHU Bin , LU Qiang , DING Yang , LI Junchao ,
1
1
WANG Yubing , LI Weijun , PANG Zheng 1
（1. Institute of Hypergravity Science and Technology, Zhejiang University, Hangzhou 310058, Zhejiang, China;
2. Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi’an 710024, Shaanxi, China;
3. Institute of Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, Zhejiang, China）
Abstract: Hypergravity centrifuge model testing serves as an effective method for simulating prototype explosion effects,
whose successful application relies on soil simulants capable of replicating the dynamic response of in-situ soil. To address the
challenges of particle size effects and material similarity in centrifuge modeling of explosions in sandy gravel, this study aims
to establish a systematic methodology for the preparation and validation of such simulants. Through theoretical analysis, the
soil key parameters governing ground shock effects under explosions were identified as density and wave velocity (wave
impedance), which are fundamentally controlled by the soil’s gradation characteristics. Based on this premise, twelve types of
simulants with varying maximum particle sizes were systematically prepared using four scaling methods: the removal method,

* 收稿日期： 2025-09-04；修回日期： 2025-11-03
基金项目： 国家自然科学基金卓越研究群体项目（52588202）
第一作者： 王海生（1988－ ），男，硕士，工程师，22312001@zju.edu.cn
通信作者： 李俊超（1988－ ），男，博士，高级实验师，lijunchao@zju.edu.cn

045201-1