Page 49 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 马 龙，等： 触地爆下建筑表面冲击波载荷的分布规律 第 4 期

大至 600 mm 时，冲击波与迎爆面相互作用时间增加，冲量明显增大，当宽度继续增大时冲量保持不变。
背爆面冲量明显小于迎爆面，建筑宽度为 300 mm 时冲量分布较均匀，当宽度大于 600 mm 后，最大冲量
出现在建筑底部，且同时随建筑宽度和高度的增加而减小，在建筑顶部冲量最小。图 16 显示建筑物宽
度为 300 mm 时，冲量沿高度方向分布特征与其他宽度不同，这是由边缘向中心传播的稀疏波导致的。
当冲击波到达建筑迎爆面表面后向两侧传播，在建筑边缘处发生绕射的同时，稀疏波从边缘处向迎爆面
中间传播，迎爆面反射压力也随稀疏波到达而降低。由于稀疏波传播速度近似为声速 c，因此当建筑宽
度 l=300 mm 时，稀疏波从边缘到达中间的时间 t =l/(2c)≈0.44 ms，当建筑宽度为 600 mm 时，t ≈0.88 ms。
s
s
表 1 显示当爆心距为 1.5 m 时，宽 300 和 600 mm 的建筑表面冲击波压力正压作用时间分别约为 0.80 和
0.93 ms。因此，宽 300 mm 的建筑表面中心位置冲击波压力受稀疏波影响而降低，正压冲量显著减小。
而对 600 mm 及以上宽度建筑而言，稀疏波到达迎爆面中心位置时，反射压力已基本到达负压区，稀疏波
不会影响迎爆面中心位置的正压冲量大小，从而呈现出图 16 中正压冲量随建筑宽度变化的差异。

120 35

110
30
Max impulse/(Pa·s) 100 300 mm Max impulse/(Pa·s) 25 300 mm

90
900 mm
900 mm
80 600 mm 20 600 mm
1 200 mm 1 200 mm
70 15
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Height/m Height/m
(a) Front face (b) Rear face
图 16 建筑物表面不同高度处冲击波最大冲量
Fig. 16 The max impulses at different heights of building surfaces

由图 15 可知，建筑物背爆面最大超压与高度关系较复杂。为了更直观了解背爆面最大超压分布，
图 17 给出了不同宽度建筑背爆面最大超压分布云图，图中黄点标识出了各背爆面最大超压位置，图中
还包含了建筑宽度无限大的情况。可以看出，背爆面最大超压关于垂直中线呈左右对称分布。随建筑
宽度增加，最大超压出现位置 h 由高到低逐渐降低，最大超压值总体呈现降低趋势，建筑物宽度无限大
m
后，最大超压在顶部和底部较高，中间位置较低。由图 17 可知，背爆面最大超压分布可以分为 3 类区域：
顶部边角处产生的对称锥形区域、背爆面中心位置区域以及底部中心位置区域。随着建筑物宽度增加，
顶部锥形区域变化较小，其他两类区域变化较大。
为理解建筑背爆面最大超压复杂分布的成因，选取 900 mm 宽建筑为例，给出冲击波在背爆面传播
过程中三个典型时刻的压力云图，如图 18 所示。图中用黄线标识冲击波波阵面，爆炸产生的球形冲击
波传播到达背爆面后分别从顶部及两侧产生三个冲击波，从顶部边界绕射的波 1 自上而下传播，从两侧
边界绕射的波 2 及波 3 分别向中间传播。图 18(a) 重现了图 17 中顶部两侧出现最大超压分布区域的过
程，波 1 与波 2、波 1 与波 3 分别在顶部两侧交汇，冲击波强度增加，形成局部的压力较高区域；随着冲击
波继续在背爆面传播，其强度降低，冲击波汇聚形成的局部区域在建筑顶部两侧顶点位置压力最大，
且离边界越远压力越小，最终形成图 17 中的分布。由于冲击波正对建筑物传播，因此冲击波在建筑物
背爆面的载荷呈对称分布。图 18(b) 显示波 2 和波 3 继续向两侧传播，在背爆面中线位置相交，产生局部
压力较高区域，同时波 1 即将到达地面，与地面反射后冲击波强度增强，将在地面附近产生局部压力较
高区域。图 18(c) 展示了波 2 和波 3 强度持续衰减，而波 1 在地面反射后不仅产生了压力较高区域，还产
生了一个自下而上传播的波 4，波 4 向上传播至顶部后离开建筑背爆面，至此背爆面的冲击波传播过程
结束。

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