Page 196 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 王海生，等： 砂砾土中爆炸模型试验相似材料性能测试及配制方法 第 4 期

砂砾土的实测剪切波速值进行了比对，2 种不同深度、不同介质下实测与预测的比对结果基本一致。说
明本文中建立的砂砾土弹性模量 M 、G x 的预测模型不仅适用于某地的戈壁滩砂砾土，对颗粒形状较
max ma
相似的其他地区砂砾土也具有一定的适用性和参考价值。

表 3 台湾花莲地区场地土参数 [37]
Table 3 Soil parameters of the Hualien site in Taiwan [37]
试样 深度/m ρ d e w/% d 50 /mm C u σ'/kPa G/MPa v s /(m·s ) v s0 /(m·s )
−1
−1
S2-1a 3.19～3.39 1 500 0.832 100.00 0.16 1.8 49 58.20 196.9 185～211
S1-2a 4.49～4.69 2 340 0.159 65.00 2.00 147.0 69 156.10 258.2 226～263
S1-2c 5.38～5.58 2 450 0.100 40.00 4.00 300.0 88 230.20 328.7 294～327
S2-5a 9.90～10.10 2 240 0.214 57.80 0.94 141.2 137 295.86 363.4 331～400

相较于经典的 Hardin 模型等 [21-30] （式 (3)）， 0
本文中建立的小应变弹性模量经验预测模型，实
−2
现了从单因素到多参数耦合的模型维度提升，前
人 的 研 究 多 侧 重 于 揭 示 孔 隙 比 e 和 有 效 围 压 −4
σ΄ 对模量的主导影响，而本文中的核心改进之 Depth/m −6
处在于，进一步揭示了系数 A 和应力指数 n 并非
−8
常数，而是与细粒含量 w、平均粒径 d 、不均匀 Predicted v s (this study)
50
系数 C 等多个关键级配参数存在强相关性，并 −10 Measured v s (borehole 1) [37]
u
Measured v s (borehole 1)
[37]
首次为某戈壁滩这类宽级配砂砾土建立了 A(w、 −12 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
C 、d ) 与 n(C ) 的定量经验关系。 v s /(m·s )
−1
u 50 u
此外，与多数致力于通用本构模型参数确
图 12 v s 的实测值 [37] 与预测结果的对比
定的前人研究不同，本模型构建的最终目的是服 [37]
Fig. 12 Comparison of measured v s
务于土中爆炸效应的精确模拟，通过构建模型的 and predicted wave velocity
输出，精准预测得到爆炸地冲击效应的关键支配
参数—介质波阻抗（ρv），筛选出与原状土波阻抗适配的相似土。
3.4 砂砾土中爆炸试验相似土样比选
通过以上研究可知，影响弹性模量（M 、G ）的主要参数为 w、C 、d 、围压和孔隙比，而第 3 节研
max max u 50
究表明，孔隙比的大小受 w、d 影响。由此可知，在相似土样与原状土颗粒形状、围压、相对密实度相同
0
5
的情况下，砂砾土的地下爆炸效应主要受 w、C 、d 等 0 3 个参数影响。而采用等量替代法缩尺的相似土
5
u
样 D-20、D-10 的 w、C 、d 几乎与原状土一致，但由于离心模型的最小尺寸（B =450 mm）与试样 D-20
0
u 5 min
[7]
的最大粒径（d max =20 mm）之比小于 23 ，同时其粒径已超过传感器尺寸（直径为 10.0～11.8 mm），因而存
在显著的粒径效应，可能会导致传感器接收到的并非土体的真实响应信号，最终造成试验数据失真。因
此，推荐选用相似土样 D-10 为原型砂砾土的缩尺模型，开展室内地下爆炸效应试验研究。
4 离心模型试验及结果分析

室内爆炸试验可分为常重力试验和超重力离心模拟试验 2 类。常重力条件下，受模型尺寸限制，试
验难以复现原位应力场，无法准确表征土体物理力学参数随深度的非线性变化规律。相比之下，离心
模拟通过施加 N 倍重力加速度场，使模型土体获得与原型等效的自重应力分布，其变形破坏机制与原
型严格相似。基于 1/N 的能量比尺关系（表 4），该方法仅需微量装药即可等效模拟原型大规模爆破
3
效应 [2-5] 。

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