Page 139 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 第 10 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 10
2026 年 10 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Oct., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0386

水下接触爆炸作用下混凝土拱板的毁伤特性 *

赵小华 ，张嘉祺 ，赵 鹏 ，王高辉 ，杜雪明 ，赵浩楠 1
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（1. 郑州大学水利与交通学院，河南 郑州 450001；
2. 郑州安源工程技术有限公司，河南 郑州 450016；
3. 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉 430072）
摘要： 为探究水下接触爆炸作用下混凝土拱板的毁伤特性，对三块混凝土拱板开展了水下接触爆炸试验，并对剥
落的拱板碎片进行了质量分区统计。基于耦合欧拉-拉格朗日算法建立了“水-混凝土-TNT”三维数值仿真模型，通过
与试验结果的对比，验证了模型的可靠性。在此基础上，研究了爆炸荷载下拱板内部应力波的传播过程，阐明了混凝
土拱板的损伤机理，并进一步探究了爆炸荷载以及拱板跨度对拱板损伤特性的影响。结果表明：在水下接触爆炸作用
下，拱板迎爆面形成由辐射状裂纹和环状裂纹组成的环形破碎带；爆炸荷载增大，拱板剥落碎片增多且趋于细化；拱板
跨度增大，结构更易产生大块碎片；随着 TNT 药量由 0.4 g 增大至 1.6 g，拱板迎爆面形成的环状破碎带由局部区域扩展
至贯穿拱板全宽度，拱板的破坏模式由局部损伤演变为整体失效；随着拱板跨度的增大，拱端处的破坏程度减轻，而跨
中区域的破坏范围扩大；相较于跨度为 400 mm 的拱板，跨度为 600 mm 的拱板总耗散能增加了 4.5%。
关键词： 水下爆炸；混凝土拱板；毁伤特性
中图分类号： O382; TU599 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Damage characteristics of concrete arch slabs subject to
underwater contact explosion

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ZHAO Xiaohua , ZHANG Jiaqi , ZHAO Peng , WANG Gaohui , DU Xueming , ZHAO Haonan 1
（1. School of Water Conservancy and Transportation, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, Henan, China;
2. Zhengzhou Anyuan Engineering Technology Co. Ltd., Zhengzhou 450016, Henan, China;
3. State Key Laboratory of Water Resources Engineering and Management, Wuhan University, Wuhan 430072, Hubei, China）
Abstract: To investigate the damage characteristics of concrete arch slabs subjected to underwater contact explosions, a series
of underwater contact explosion tests was conducted on three concrete arch slabs. During the experiments, the spalled
fragments generated by detonation were carefully collected and quantitatively analyzed using a mass-based partitioning
statistical method, thereby enabling systematic characterization of the slabs’ fragmentation and spalling behavior. On this basis,
a three-dimensional fluid-structure interaction numerical model was developed using the coupled Eulerian-Lagrangian method,
which incorporates water, a concrete arch slab, and TNT. The reliability and effectiveness of the numerical model were
validated by comparing the simulated macroscopic failure patterns and crack propagation paths with the experimental
observations. Further analyses were conducted using the validated model to investigate the damage evolution process and the
characteristics of stress wave propagation within the arch slabs under explosive loading, thereby systematically elucidating the
damage mechanisms of concrete arch slabs subjected to underwater contact explosions. In addition, parametric studies were

* 收稿日期： 2025-11-27；修回日期： 2026-05-18
基金项目： 国家自然科学基金（52479136，52309156）；河南省自然科学基金（242300421228）；河南省高校科技创新人才支
持计划（26HASTIT045）
第一作者： 赵小华（1991－ ），男，博士，教授，zhaoxh2014@126.com
通信作者： 赵 鹏（1982－ ），男，博士，正高级工程师，13253637588@163.com

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