Page 141 - 《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

是位于拱顶外侧，对于水下管道，可能发生爆炸物误入或内部爆炸、近内表面爆炸等事故，使拱板内侧直
接承受冲击波作用，形成与外拱侧起爆工况显著不同的毁伤模式。因此，探究内拱侧受到水下接触爆炸
作用时拱板的毁伤特性及损伤机理具有重要的工程意义。
本文通过爆炸试验与数值模拟相结合的方式，探究水下接触爆炸作用下混凝土拱板的损伤特性及
破坏机制。首先，制作三块不同跨度的混凝土拱板，开展水下接触爆炸试验，并对结果进行记录，结合爆
炸荷载下拱板剥落的混凝土碎片统计数据，分析拱板在水下爆炸荷载下的破坏模式；然后，采用耦合欧
拉-拉格朗日算法（coupled Eulerian-Lagrangian，CEL）方法建立拱板水下爆炸的全耦合数值模型，基于验
证后的模型，进一步探究药量和拱板跨度对拱板爆炸毁伤特性的影响机理。

1 爆炸试验

1.1 试件
为探究水下接触爆炸作用下混凝土拱板的破坏特性及毁伤模式，共进行了三组对比试验。试件为
三块除跨度外其他尺寸均相同的混凝土拱板，每块拱板的内径为 300 mm，外径为 360 mm，拱板宽度为
500 mm，厚度为 15 mm，拱板跨度有 500 mm 和 600 mm 两种，如图 1 所示。试件由 C30 强度的混凝土浇
筑，平均抗压强度为 32 MPa，抗拉强度为 1.8 MPa，弹性模量为 29 791.5 MPa，泊松比为 0.2。

600

R300
R300 R360 113° 500 R360 15
180° 500
15

500

(a) Span is 500 mm (b) Span is 600 mm

图 1 拱板尺寸（单位：mm）
Fig. 1 Arch slab dimensions (unit: mm)
1.2 试验布置
为模拟水下爆炸环境，试验前期砌筑尺寸为长 2.3 m、宽 1.7 m 的蓄水池，试验开始前蓄水至水深
1.2 m，如图 2(a) 所示。拱板试件两端由钢制夹具固定并放置于预制钢架上，使用吊机将预制钢架及试件
吊装并沉放至试验水池的指定位置。为便于拱板碎片的收集分析，在钢架底部及四周铺设底网，如图 2(b)
所示。
试验使用的炸药类型为乳化炸药，采用以爆轰产物和冲击波为主的单发无聚能穴电子雷管引爆，起
爆点均位于拱板内拱侧跨中位置，其中 Q1 组及 Q2 组仅采用单发雷管，Q3 组使用单发雷管引爆 5 g 炸
药，如图 2(c) 所示。本试验中所用雷管的起爆药成分为二硝基重氮酚（diazodinitrophenol，DDNP），含量
为 0.2～0.3 g，主装药成分为黑索金（research department explosive, RDX），含量为 0.6～0.8 g，为统一药量
大小，雷管及乳化炸药均已根据相关文献换算成相应 TNT 当量，其中单根雷管等效于 1.6 g TNT [28-30] ，乳
化炸药与 TNT 的换算系数取 0.625 ，试验工况如表 1 所示。
[31]
受试验场地条件限制，试验水深相对有限，难以满足严格意义上的深水自由场条件。为评估有限水
深对试验结果的影响，参考文献 [32]，当炸药中心至自由水面距离大于最大气泡半径的 3 倍时，边界效应
可认为不显著。基于 Cole 经验公式对本研究试验工况进行估算，单发电子雷管在该水深条件下产生的
最大气泡半径约为 8.35 cm，3 倍最大气泡半径小于试验中起爆点至自由水面的实际距离（47 cm）。由此
可见，本试验中可忽略水深的影响。

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