Page 157 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 梁益帆，等： 大当量多点聚集爆炸成坑效应的真空室模拟试验系统 第 10 期

点爆源成坑结果。多点浅埋试验将依照 5 kt 为当量，按照理论计算出该工况下单点的成坑效应，并将理
论计算结果与模拟试验结果进行比较。通过两组试验，反映出多点爆源在深埋、浅埋工况下的成坑效应
与原型单点试验结果之间的差异。
然而，当前针对地下核爆炸成坑效应的研究，主要基于单点爆炸模型的试验（如缩比爆炸试验、数值
模拟）和经验公式。多点爆炸成坑效应研究欠缺，特别是低当量钻地核弹的精准聚集爆炸，其毁伤模式
与单点爆炸存在差异，可能产生远超单爆源叠加成坑与毁伤效应。因此，发展能够物理模拟多点同步爆
炸及其协同毁伤效应的试验方法与系统，成为评估此类新型威胁、防护深地下工程的关键和迫切需求，
也是当前研究领域的重要挑战与空白。
本研究的核心目标即是利用这一独创的试验系统，直观和量化多点聚集爆炸相较于单点爆炸的毁
伤增强效应，揭示爆源布局（如埋深、布局）对毁伤效果的影响规律，以期填补多点爆炸毁伤效应物理模
拟的空白，为防护工程设计提供试验数据和理论支撑。

1 真空室爆炸相似模拟理论

以地下爆炸抛掷岩石能量转移机制为物理模拟基础，真空室爆炸模拟试验方法把大当量地下爆炸
成坑过程看作是爆炸高压气体推出破碎岩石形成抛掷弹坑的行为。Sadovskii 等 [1] 首先给出了抛掷弹坑
形成过程与爆源参数、岩石特性之间的相似关系：
 Å ã
R E E E h

 , , , ,k,χ
 = f 1 4 3 3
 h ρgh p a h Ch r n


 Å ã
H E E E h

 , , , ,k,χ
 = f 2
h ρgh p a h Ch r n
 4 3 3
(1)
Å
ã
v 2 E E E h
 m
 = f 3 , , , ,k,χ
 gh ρgh 4 3 3

 p a h Ch r n

 2 Å ã
gt E E E h

 m , , , ,k,χ
 = f 4
h ρgh 4 p a h Ch r n
3
3

H 为弹坑深 R r R p
式中： R 为弹坑半径， h 为爆源埋深，
t m 为气体加速运动 R y
度， v m 为拱顶最大质点速度， 3 5
ρ 1 H h 6
时间， g 为重力加速度， E 为气体生成物能量，
C 为岩石的内聚力， 7 4
为岩石密度， p a 为大气压力， 2
χ 为绝热系
r n 为爆源半径， k 为岩块间摩擦系数，
数。抛掷弹坑构造如图 1 所示，其中：R 为弹坑
r
1. Initial position of the ground surface；2. Contour of the “true”
顶部半径，R 为岩块抛掷最远距离，y 为堆置物 crater；3. Contour of the visible crater；4. Inner ejecta blanket；
p
5. Outer mound (ejecta blanket)；6. Zone of residual deformations；
距离地表的最大高度。 7. Boundary of the damaged rocks
根据相似准数恒定原则，各参数相似常数
图 1 抛掷弹坑构造示意图
的关系为：
Fig. 1 Ejecta crater schematic diagram
α E α E α E α h
= 1, = 1, = 1, = 1, α k = 1, α χ = 1 (2)
α ρ α g α 4 h α p a α 3 h α C α 3 h α r n
式中：α 为模型试验与原型试验参数 X 的相似常数，定义为 α X = (X) /(X) r ，(X) 和 (X) 分别为模型试验
r
m
X
m
和原型试验中参数 X 的取值。设线性几何比尺 α h = α r n = 1/N ，模型试验采用与原型材料密度相等的材
α ρ = 1 α g = 1 ，因此由上式可知：
料，试验在自然重力场中进行，即 ，
1 1 1 1
4
= α h = , = , α C = , α E = α = , α k = 1, α χ = 1 (3)
α r n α p a h 4
N N N N
根据以上的相似理论，确定原型试验与模拟试验之间的相似比尺，利用原型试验主要参数，通过相
似转换就可获得模拟试验中各参数的指标。
104101-3