Page 95 - 《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

值并非由单一材料属性决定，而是取决于冲击波传播路径中的阻抗匹配关系。在细观模型中，粗骨料作
为混凝土的骨架结构，通过改变冲击波的反射、折射行为及局部应力集中效应，直接调控压应力峰值的
分布特征与数值大小。
从图 19 应力峰值曲线图可见，曲线演化整体呈现两阶段特征，第 1 阶段压应力峰值快速下降，这是
由于爆炸产生的应力波与接触表面的粗骨料发生相互作用，引发衍射与反射现象，导致能量耗散。第
2 阶段压应力峰值在短暂回缓后，下降速率趋于平缓。从物理本质上看，靶板 MA-2 在第 1 阶段能量耗
散总量更大，归因于其迎爆面密集的大粒径骨料构建了高抗力缓冲区。大骨料作为波传播路径上的阻
碍体，迫使初始应力波发生剧烈的衍射与大角度反射，增加了能量耗散的总量。相比之下，靶板 MA-1 在
第 1 阶段下降速率虽快，但多源于砂浆基体的局部压碎，缺乏有效的波阻抗阶梯来分批次消减能量。
分析靶板 MB-1、MB-2 和 MB-3 的应力峰值曲线可知，三者的曲线变化趋势基本一致。在第 1 阶
段，靶板 MB-3 的压应力峰值下降速率略高，且峰值下降量更大，表明其耗散的爆炸能量更多，这一能量
耗散特征直接导致靶板 MB-3 在第 2 阶段的压应力峰值下降速率显著放缓，宏观局部破坏表现为背爆面
开坑尺寸更小。对比靶板 MB-1 与 MB-2，两者在第 1 阶段的压应力峰值下降速率相近，但靶板 MB-2 的
压应力峰值下降量更大，意味着其耗散了更多爆炸能量，具体宏观表现为靶板 MB-2 的迎爆面开坑面积
大于靶板 MB-1 的。
具体而言，骨料对能量耗散的调控机制主要体现在 2 个方面。一是通过波阻抗失配改变波的传播
路径。粗骨料作为刚性外加物，迫使原本呈球形传播的应力波发生散射。如靶板 MA-2 的工况所示，更
合理的骨料分布能诱导应力波在骨料与砂浆界面发生更充分的多次反射与衍射，增加了波的传播路径
长度，从而提高了总能量耗散量，有效降低了背爆面的等效应力幅值。二是通过粒径尺寸效应调控应力
集中的形态。粒径大小决定了应力波绕射的难易程度，如靶板 MB-3 中的大粒径骨料，虽然能显著降低
整体等效应力，但其巨大的几何尺寸会在骨料背部形成显著的拉伸应力集中区，导致破坏沿纵深方向发
展（深而窄）。而小粒径骨料（靶板 MB-1）则通过高密度的界面反射快速耗散能量，限制了应力波的穿透
深度，使破坏趋于表面化（浅而广）。
为 量 化 对 比 各 靶 板 对 爆 炸 能 量 的 削 弱 效 能 ， 图 20 给 出 了 应 力 波 传 播 至 靶 板 背 爆 面 后 ， 中 心 点
Mises 等效应力的统计结果。结合背爆面等效应力特征与破坏形态可知，靶板 MA-2 背爆面的等效应力
显著低于靶板 MA-1 的，且其背爆面层裂坑尺寸小于靶板 MA-1 的，同时破坏形态更规则、边缘界限更清
晰。这一现象表明，靶板 MA-2 对应力波能量的耗散更均匀，且小颗粒骨料引发的局部应力集中幅度更
小，更有利于抑制背爆面层裂破坏的发生。

1.90

1.68 MPa 1.49 MPa 1.74 MPa
Effective stress/MPa 1.52 1.26 MPa 1.24 MPa
1.14

0.76

0.38

0
MB-1
Center point MA-1 MA-2 Slab number MB-2 MB-3
图 20 测试靶板背爆面中心点等效应力
Fig. 20 Equivalent stress at the center point on the bottom surface of the test slab

在靶板 MB-1、MB-2 和 MB-3 中，靶板 MB-3 的背爆面等效应力最低，证实大颗粒骨料对应力波能
量的耗散具有显著作用。但从破坏形态来看，尽管靶板 MB-3 背爆面的等效应力最低，但其内部拉伸应

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