Page 140 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 赵小华，等： 水下接触爆炸作用下混凝土拱板的毁伤特性 第 10 期

performed to examine the effects of explosive charge and span length on the damage characteristics of the arch slabs. The

results indicate that, under underwater contact explosion, an annular damage zone composed of radial and circumferential
cracks forms on the blast-facing surface of the arch slab. With increasing explosive charge, the number of spalled fragments
increases, and their size becomes progressively finer. As the span length increases, the structure tends to generate larger
fragments. When the TNT charge increases from 0.4 g to 1.6 g, the annular damage zone on the blast-facing surface expands
from a localized region to the full width of the slab, and the failure mode transitions from localized damage to global failure.
With increasing span length, the degree of damage at the arch ends decreases, while the damaged region near the mid-span
expands. Compared with the slab with a span of 400 mm, the total energy dissipation of the slab with a span of 600 mm
increases by 4.5%.
Keywords: underwater explosion; concrete arch slab; destructive characteristics
近年来，随着水利工程、海洋工程以及水下交通工程的快速发展，水下结构的安全性成为国防和民用
[1]
领域关注的焦点。水下接触爆炸作为一种极端荷载，会影响基础设施结构的正常运行 。对混凝土板 、
[2]
柱 、梁 [4] 等基本混凝土构件的水下抗爆性能已有丰富的研究成果 [5-8] 。拱形结构因其独特的几何特性，
[3]
在承受静水压力时具有良好的整体受力性能和结构稳定性，在跨河倒虹吸管道、水下穿越管道、高水位
地区的埋地管网中应用广泛 [9-11] ，其在爆炸荷载下的毁伤特性也亟待关注。
在已有对拱形混凝土结构的研究中，大多关注拱形结构在空中或地下环境中受到爆炸荷载作用后
的损伤机理与动力响应。如，陈昊等 [12] 对土中浅埋钢筋混凝土直墙拱结构开展了爆炸试验，通过分析不
同比例爆距下结构的损伤特征，结合数值模拟发现，当比例爆距小于 0.4 m/kg 1/3 时，结构以局部破坏为
主。Liu 等 [13] 采用数值模拟方法，研究了近埋式爆炸下爆炸波在拱面上的传播与荷载分布，并建立了相
应的分布函数。Huo 等 [14] 利用地下爆炸试验，研究了拱形地下钢筋混凝土结构在侧顶爆炸下的损伤特
性，并通过数值模拟结果给出了能够评估地下拱形结构在侧顶爆炸条件下的损伤等级等效爆炸距离曲
线。罗军洪等 [15] 对具有拱形顶部结构的大跨度地下硐室开展了爆炸试验，定量研究了围岩及支护结构
的抗爆性能，分析了不同爆炸荷载作用下硐室的应力、位移和破裂特征。Maiorana 等 [16] 分析了爆炸荷载
与拱桥损伤程度之间的关系，结合非线性动态分析结果，证明了爆炸载荷位置对拱桥的应力、应变和位
移有强烈影响。围绕拱形结构抗爆防护，Yue 等 [17] 通过分析聚脲加固混凝土拱结构抗爆试验的动力试
验数据，揭示了聚脲加固混凝土拱结构在爆炸载荷作用下的宏观损伤模式。Jiang 等 [18] 以玄武岩纤维增
强复合材料（basalt fiber reinforced polymer，BFRP）和砂浆为增强材料，设计制作混凝土拱架结构并进行了
抗爆试验，证明了 BFRP 网架和砂浆复合加固技术用于增强防护工程中拱形结构的抗爆能力的可行性。
Song 等 [19] 研究了覆盖聚脲涂层的钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）直壁拱在接触爆炸下的损伤模式，
结果表明，随着聚脲涂层厚度的增大，结构破坏面积、弹坑体积、背爆面损伤区域深度以及裂纹数量均
呈显著下降趋势。以上研究为揭示拱形混凝土结构在空中及地下爆炸环境中的动力响应与破坏机理提
供了重要参考。
近年来，随着涉水工程的发展 [20] ，涉水建筑物的数量逐年增长，水下建筑物的抗爆性能同样亟须关
注。由于水和空气的物理属性差异以及与爆炸产物的界面作用效应不同，爆炸冲击波在水和空气中的传
播特性存在较大差异 [21] 。水下爆炸作用下的冲击波峰值压力及冲量均远大于空中爆炸 [22] ，此外，由于水
[23]
的不可压缩性，冲击波在水下的衰减速度相较于空气中更加缓慢 ，这导致结构遭受破坏的时间延长。因
此，在相同条件下，水下接触爆炸对混凝土构件造成的损伤明显大于相同装药量下的空中接触爆炸 [24-25] 。
围绕混凝土拱板的水下抗爆性能，Fan 等 [26] 设计了普通强度钢筋混凝土（normal strength reinforced
concrete，NSRC）拱和高强度钢筋混凝土（high strength reinforced concrete，HSRC）拱，并进行了两组水下爆
炸试验，在数值模拟的基础上提出了峰值位移预测公式。而 Zhao 等 [27] 则针对内拱侧临空外拱侧临水条
件这一特殊工况，探究了混凝土拱板在水下接触爆炸作用下的破坏模式与损伤机理，并得出拱板曲率的
存在会增大拱板的损伤这一结论。需要指出的是，在实际工程中拱形结构遭受爆炸作用时，爆源并不总

103401-2