Page 90 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 吴 平，等： 接触爆炸荷载作用下钢筋混凝土板细观数值模拟及应力波的传播机理 第 9 期

基于靶板图像，运用图像处理软件 Adobe Photoshop，通过套索工具，精准提取开坑区域边界，并统计该区
域内的像素点数量，结合已知的图像像素与实际尺寸的比例关系，将像素点数量转换为实际面积。通过
分析这些指标的变化，系统评估骨料参数（分布、粒径）对混凝土抗爆性能的作用机制，开坑深度、层裂
坑深度和开坑面积详细测量如图 14 所示。

表 7 靶板骨料分布参数
Table 7 Aggregate distribution parameters of target plate
靶板编号 靶板尺寸/mm 骨料分布 骨料级配 骨料粒径/mm
MA-1 700×700×100 从迎爆面到背爆面方向递增 连续级配 4～40
MA-2 700×700×100 从迎爆面到背爆面方向递减 连续级配 4～40
MB-1 700×700×100 随机分布 单粒径级配 12
MB-2 700×700×100 随机分布 单粒径级配 24
MB-3 700×700×100 随机分布 单粒径级配 32

Effective
plastic strain
Pixel: 135 685 2.0
1.8
Crater depth 1.6
1.4
1.2
Pixel: 68 404 1.0
0.8
0.6
Scabbing depth
0.4
0.2
0
(a) Excavation depth (b) Excavation area
图 14 接触爆炸下混凝土损伤范围的测量
Fig. 14 Measurement of concrete damage range under contact blast
靶板迎爆面破坏模式如表 8 和图 15 所示，
表 8 不同骨料分布与粒径测试靶板结果
可以看出，靶板 MA-1 开坑面积、开坑深度、层
Table 8 Results of test slab with different aggregate
裂坑面积和层裂坑深度均大于靶板 MA-2。这说
distributions and particle sizes
明，骨料粒径随迎爆面至背爆面方向递减分布
靶板 开坑面积/ 层裂坑 开坑深度/ 层裂坑深度/
时，能更好地缓冲能量，抑制开坑和层裂发展，而
编号 cm 2 面积/cm 2 mm mm
递增分布会让能量更集中，加剧表面开坑与内部
MA-1 238.53 609.76 24 36
层裂损伤。同时，由表 8 可以发现，随着粒径的
MA-2 212.55 585.44 16 12
增大，靶板 MB 迎爆面开坑面积随之增大，开坑
MB-1 227.5 629.42 20 8.9
深度反而随之减小。这是由于小粒径骨料的比 MB-2 240.74 624.91 16.5 12
表面积大，导致其与砂浆接触面增多且包裹不 MB-3 241.22 606.80 16 36
均，砂浆单元密集。中大粒径骨料比表面积适
中，与砂浆接触面数量相对平衡。爆轰冲击时，骨料可作为应力分散单元，将爆荷载传递到周围砂浆，能
量被骨料－砂浆协同分散，开坑面积不易扩展，同时开坑深度也控制良好。
靶板背爆面损伤分布如图 16 所示，靶板背爆面层裂破坏的主导机制为反射拉伸波作用下的混凝土受
拉开裂。由表 8 可知，当骨料粒径沿迎爆面至背爆面方向呈递减分布时，层裂破坏的面积与深度均显著
降低，其作用机理源于应力波梯度缓冲效应。爆炸荷载产生的压缩应力波传至靶板背爆面后反射形成拉
伸应力波，在骨料粒径递减分布的结构中，小粒径骨料增加了模型内部的不均匀性和应力波传播的复杂
路径，拉伸应力波在密集骨料间散射而引发砂浆单元损伤破坏，通过砂浆单元破坏耗散削弱拉伸波初始
强度。经小粒径骨料衰减后的拉伸波作用于中粒径骨料，此时应力波发生反射与衍射，进一步分散能量。

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