Page 150 - 《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

观察图 14 中不同药量下拱板的损伤情况可以发现，药量的增大基本不改变拱板的破坏模式，但随
着爆炸荷载的增大，迎爆面环形破碎带逐渐由跨中区域小范围发育为贯穿整块拱板宽度，辐射状裂纹也
随之贯穿拱板。分析图 15 中的动能时程曲线，发现动能峰值随炸药质量的增大呈非线性增大。值得关
注的是，TNT 质量从 1.3 g 增大至 1.6 g 时，拱板的动能峰值陡增了 110%，可以推测 1.3 g TNT 为使拱板从
局部损伤变为整体失效的临界值，拱板刚度不足以抑制爆炸冲击波使得结构进入强烈塑性变形阶段，造
成动能迅速上升。

DAMAGE-T
(AVG: 95%)
0.853
0.782
0.711
0.640
0.569
0.498
0.426
0.355
0.284
0.213
0.142
0.071
0
0.4 g 0.7 g 1.0 g 1.3 g 1.6 g

图 14 不同水下爆炸荷载下混凝土拱板的损伤模式
Fig. 14 Damage modes of concrete arch slabs subject to different underwater explosive loads
35

29.44 J 0.4 g TNT
30 0.7 g TNT
1.0 g TNT
Kinetic energy/J 25 14.00 J 1.3 g TNT
1.6 g TNT
20
11.21 J
15
7.01 J
10
5 3.81 J
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Time/ms

图 15 不同水下爆炸荷载下拱板的动能时程曲线
Fig. 15 Kinetic time history curves of arch slabs subject to different underwater explosion loads

4.2 跨度的影响
为进一步探究不同跨度下拱板的毁伤特性，对比了 400、450、500、550、600 mm 等 5 种跨度的拱板
在水下接触爆炸下的损伤结果，TNT 药量取 1.6 g，其他设置与前文所介绍的相同，损伤结果如图 16 所示。
炸药起爆后，产生的冲击波以球形向四周传播并随传播距离逐渐衰减，对于小跨度的拱板，爆源至
两侧拱端的距离较短，冲击波衰减程度小，两侧拱端受到的冲击波强度更大。此外，在两端固定约束条
件下，应力波在边界处反射并形成应力集中，最终导致小跨度拱板拱端两侧的破坏程度相较于大跨度拱
板更明显。
随着拱板跨度的增大，冲击波在拱板内表面的作用范围扩大，跨中区域承受的冲击波冲量增大，跨中
环形破碎带呈现出扩展趋势，即在原有破碎带周围、横向中线两侧附近逐渐出现新的损伤，如图 16 所示。
[45]
在爆炸这种高应变率荷载下，结构主要发生塑性损伤，而塑性变形主要通过耗散能进行量化 ，图 17
展示了主要的耗散能与拱板跨度之间的关系。

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