爆炸作用下淤泥質(zhì)軟土的熱力響應(yīng)試驗(yàn)研究

朱遠(yuǎn)武，鄭榮躍，劉干斌，魏 偉，鄧岳保

（寧波大學(xué)巖土工程研究所，浙江寧波 315211）

爆炸作用下淤泥質(zhì)軟土的熱力響應(yīng)試驗(yàn)研究

朱遠(yuǎn)武，鄭榮躍，劉干斌，魏 偉，鄧岳保

（寧波大學(xué)巖土工程研究所，浙江寧波 315211）

針對(duì)寧波海相淤泥質(zhì)軟土開展現(xiàn)場模爆試驗(yàn)，獲得了不同裝藥量和埋深條件下軟土的孔隙水壓力、沖擊壓力及溫度的時(shí)程分布和演化規(guī)律，揭示了爆炸作用下軟土中滲流、應(yīng)力和溫度的耦合現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著藥量增大，超靜孔隙水壓力峰值增大，爆炸后數(shù)分鐘內(nèi)孔隙水壓力消散較快，隨后變慢。爆炸后，軟土中沖擊波向彈性波轉(zhuǎn)化存在一個(gè)分界壓力，這個(gè)分界壓力與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)系，尤其是含氣量。溫度在軟土介質(zhì)中具有一定的傳導(dǎo)時(shí)間和上升時(shí)間，且在軟土介質(zhì)中的上升較空氣中慢。最后，利用相關(guān)理論開展計(jì)算，并與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。研究結(jié)果可以為沿海軟土地區(qū)地下人防工程設(shè)計(jì)及地基壓密處理提供參考。

軟土；模爆試驗(yàn)；孔隙水壓力；溫度

在當(dāng)今復(fù)雜多變的國際國內(nèi)形勢下，各種工程設(shè)施如交通隧道、地下車站、地下商場等，都應(yīng)該考慮極端荷載作用，以避免可能潛在的各種風(fēng)險(xiǎn)。在這些地下工程的建設(shè)與使用過程中，除了要考慮常規(guī)的變形、強(qiáng)度以及承載力等問題外，還必須從風(fēng)險(xiǎn)、安全與人防的角度考慮地面和地下爆炸沖擊波荷載的作用。當(dāng)爆炸波在軟土中傳播時(shí)，由于爆炸荷載的作用時(shí)間極短，水和空氣來不及從軟土的孔隙中排出，軟土各組分之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以忽略不計(jì)，土的組分沒有變化。因此，軟土中的爆炸波傳播規(guī)律有著鮮明的特點(diǎn)，對(duì)軟土中爆炸波傳播特性的研究具有十分重要的意義。

近年來，對(duì)于飽和土爆炸波特性的試驗(yàn)研究以及爆炸作用下土體的應(yīng)力、變形及對(duì)地下結(jié)構(gòu)的影響已進(jìn)行了大量的研究工作。李孝蘭的研究表明［1］，在爆炸沖擊波作用范圍內(nèi)，爆炸遠(yuǎn)場土體產(chǎn)生彈性變形，近場土體有較大的爆炸壓縮和塑性變形，并在爆炸后形成空腔。Gohl等［2］、Scott等［3］和周健等［4］研究發(fā)現(xiàn)，爆炸后土體中的超靜孔隙水壓力與有效上覆壓力以及土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接相關(guān)。穆朝民等［5］、辛凱等［6］通過爆炸波在飽和土自由場中傳播試驗(yàn)結(jié)果，擬合出壓力、動(dòng)量、上升時(shí)間隨比例距離變化的公式，并指出飽和土中存在由沖擊波向彈性波轉(zhuǎn)化的分界壓力，且這個(gè)分界壓力是與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)。蔡德鉤［7］進(jìn)行了爆炸荷載處理軟土地基的現(xiàn)場試驗(yàn)，對(duì)軟土地基變形做出了初步分析，并闡述了爆炸荷載作用下軟土中孔隙水壓力變化特性、固結(jié)沉降特性。趙躍堂等［8］在Φ900平面波加載器中進(jìn)行了飽和土爆炸波傳播試驗(yàn)，研究了爆炸波在飽和土自由場中的傳播規(guī)律及其在剛性邊界上的反射問題。

綜上可知，目前所開展的試驗(yàn)研究很少聯(lián)合測定爆溫、爆壓和孔隙水壓力。事實(shí)上，爆炸作用下，土體中所表現(xiàn)出來的不僅是應(yīng)力波的傳播，還有溫度和滲流。土體所表現(xiàn)出來的物理、力學(xué)性質(zhì)，是土體三相介質(zhì)在溫度場、滲流場和應(yīng)力場相互作用下的綜合反映，這一點(diǎn)在巖土工程領(lǐng)域已成共識(shí)。為此，本文擬通過對(duì)寧波原狀軟土進(jìn)行現(xiàn)場模爆試驗(yàn)，系統(tǒng)測試在爆炸作用下軟土中的沖擊波壓力、超靜孔隙水壓力和溫度分布情況，分析爆炸波在軟土中的傳播規(guī)律和超靜孔隙水壓力的消散規(guī)律。最后還將開展初步的理論研究，以對(duì)比理論結(jié)果和實(shí)測結(jié)果，最終實(shí)現(xiàn)為沿海軟土地區(qū)地下人防工程設(shè)計(jì)及地基壓密處理提供參考的目標(biāo)。

1 試驗(yàn)原理及方案

1.1 試驗(yàn)原理

本文將目前測試技術(shù)比較成熟的水中爆炸沖擊波測試技術(shù)用于軟土中爆炸波的測量。實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。

圖1 土中爆炸測試原理Fig.1 Test principle of explosion in soil

整個(gè)系統(tǒng)主要由傳感器、高頻多通道采集儀、起爆器、乳化炸藥、雷管等組成。采集設(shè)備系統(tǒng)功能上可以測試溫度、沖擊波壓力、孔隙水壓力等。同時(shí)具備延時(shí)觸發(fā)，手動(dòng)觸發(fā)等以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)批量處理功能。為了確定爆源與傳感器之間的最小距離ΔL，使傳感器位于爆炸的塑性區(qū)以外（即位于彈性區(qū)內(nèi)），從而達(dá)到較好地接收爆炸波，這里采用下式計(jì)算炸藥爆炸形成的塑性區(qū)半徑r［9］：

式中：U為單位藥量爆炸時(shí)分解出的能量（kJ/kg）；E為形變模數(shù)（kgm/m2）；H為爆心深度（m）；Q為藥量（kg），σ為介質(zhì)的泊松比。

在本試驗(yàn)中，藥量的U＝3 035.876 kJ/kg。場地土的E＝106kgm/m2；σ＝0.4。選取H＝1.5 m；Q＝0.15 kg，則塑性區(qū)半徑rp≈0.52 m。深度越大，塑性區(qū)半徑也越大?？紤]到實(shí)際情況以及計(jì)算時(shí)參數(shù)取值誤差等的影響，在試驗(yàn)測試之前，試炸了一次以便觀察實(shí)際破壞范圍，綜上這里取ΔL＝0.7 m。

1.2 試驗(yàn)場地和儀器

試驗(yàn)場地位于寧波市北侖大榭島，三江口79.5°方位直距約37.6 km處。中心地理坐標(biāo)為東經(jīng)121°56′21″，北緯29°56′07″。隸屬于中鐵港航局采礦填海運(yùn)輸項(xiàng)目。試驗(yàn)場地為填海時(shí)完全擠壓出來的軟質(zhì)淤泥，幾乎無任何巖石等雜質(zhì)，經(jīng)過一定時(shí)間的沉淀，并且每天早晚都有潮水的淹沒，試驗(yàn)表明該場地土度飽和度為98%以上，符合試驗(yàn)要求，其他指標(biāo)如表1所示。

表1 場地土物理力學(xué)指標(biāo)Tab.1Physical and mechanical properties of soil

采集儀系統(tǒng)裝備由四川拓普測控科技有限公司提供的雙卡高頻16通道的PCI－25016E，通道頻率最大可達(dá)到250 kHz，傳感器由西安德科威儀表公司提供CYY29、CYY2等傳感器，自主研制的MEMS耐高溫壓阻力敏芯片，輸入電源電壓為15 V，輸出信號(hào)電壓為5 V。試驗(yàn)采用乳化炸藥，包裹成近似圓柱形。如圖2。

圖2 測試儀器和爆炸器材Fig.2 Instruments of test and blasting

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

由于場地的土質(zhì)飽和度較高，含水量很大，所以現(xiàn)場鉆孔時(shí)，先用一根實(shí)心鋼管鉆入傳感器埋置深度，再用空心鋼管插入指定深度快速拔出帶出一定量的淤泥軟土，如此重復(fù)幾次。待孔洞經(jīng)過護(hù)壁處理后且在放置傳感器之前，通過空心鋼管在孔洞中放入少許純凈砂，待傳感器放入土中后，再在傳感器周圍填入部分純凈砂，最后上部填上淤泥土至地表。對(duì)于爆炸沖擊壓力傳感器周圍也盡量先布置一些細(xì)砂，這樣至少可以使傳感器接觸面更能夠接受到均勻的沖擊壓力，至于溫度傳感器的觸頭安裝在細(xì)鐵絲里面，埋設(shè)較為方便，只需準(zhǔn)確的插入指定深度即可。為了每次試驗(yàn)結(jié)束后傳感器能夠順利地拿出，傳感器埋設(shè)時(shí)綁定在細(xì)扁的竹片上，插至設(shè)計(jì)高程就位。這樣試驗(yàn)結(jié)束后可以慢慢拔出，而不必開挖，以減少工作量。

由于試驗(yàn)炸藥直接作用于飽和土體，因而每次試驗(yàn)對(duì)飽和土體的擾動(dòng)較大，所以要求每次回放炮以后都要擱置一段時(shí)間讓其盡可能的恢復(fù)至原狀土狀態(tài)以備再次試驗(yàn)使用。共選取50 g、100 g和150 g的裝藥量及0.5 m、1 m和1.5 m的炸藥埋深，據(jù)此設(shè)計(jì)9次試驗(yàn)，各試驗(yàn)工況如表2所示。

表2 試驗(yàn)工況Tab.2 Test conditions

圖3 軟土試驗(yàn)測點(diǎn)布置圖Fig.3 Layout of test points in soft soil

為了得到爆炸作用下軟土沿水平徑向和垂直深度兩個(gè)方向上的土壓力、孔隙水壓力變化規(guī)律，在試驗(yàn)場地分別埋設(shè)5個(gè)沖擊壓力和孔隙水壓力，同時(shí)在各藥量下測試一次溫度。

以炸藥埋深0.5 m為例，傳感器的埋設(shè)如圖3（a）所示，在同一深度處，沿水平徑向埋設(shè)3個(gè)傳感器，爆心距近似為0.7 m、1.0 m、1.3 m；在深度方向，距爆源距離依次為0.7 m、1.0 m、1.3 m。圖4中1～5號(hào)為孔隙水壓力傳感器編號(hào)，爆炸土壓力與孔壓傳感器埋設(shè)位置對(duì)稱；6～8號(hào)為溫度測試傳感器，距離爆源距離依次為0.3 m、0.5 m、0.7 m，現(xiàn)場布設(shè)如圖3（b）所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 沖擊壓力試驗(yàn)結(jié)果

表3為埋深1.0 m沿徑向分布（圖3（a）中1、2、3傳感器）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了藥量、爆心距、上升時(shí)間、壓力峰值和波速。從圖4可以看出，爆心距小的位置出現(xiàn)沖擊波，上升時(shí)間快，作用時(shí)間短，但峰值較高；爆心距大的位置不明顯出現(xiàn)沖擊波，上升時(shí)間較慢，作用時(shí)間較長，但峰值較低。

表3 埋深1.0m試驗(yàn)數(shù)據(jù)表Tab.3 Buried depth of 1.0 m test data tables

圖4 爆炸波土中傳播圖Fig.4 Propagation of blastwave in soft soil

由表3和圖4可知藥量150 g且埋深1.5 m的壓力峰值逐漸減小，圖5（c）為圖4中爆心距1.3 m圖的放大圖，圖中可以看出，此時(shí)已經(jīng)具有彈性波的征兆，且峰值為2.94 MPa，再對(duì)比圖5（b）中藥量50 g爆心距1.3 m處的波形，可知此時(shí)波形與前面波形截然不同，因此，可以推斷沖擊波向彈性波轉(zhuǎn)化的條件為一個(gè)臨界壓力，結(jié)合表3與圖4、5可以粗略擬定該壓力值為1～3 MPa之間。且這個(gè)分界壓力是與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)，尤其是土壤中的含氣量［10］，由于氣體的壓縮性比其他兩相大很多，土壤中氣態(tài)組分含量較高情形中最大壓力減弱的程度隨距離增加而明顯增大，氣態(tài)含量α＝0.04比α＝0處在爆心距足夠遠(yuǎn)處的壓力約低了兩個(gè)量級(jí)，隨著含氣量增大，壓縮波作用時(shí)間上升；關(guān)于分界壓力不同的土中產(chǎn)生的條件不同，本文直接從應(yīng)力時(shí)程曲線來判讀只能是粗略擬定，事實(shí)上分界壓力的定義是根據(jù)飽和土應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系圖的拐點(diǎn)而得出的，當(dāng)小于分界應(yīng)力點(diǎn)時(shí)，此時(shí)飽和土具有粘塑性特點(diǎn)，大于分界應(yīng)力點(diǎn)時(shí)，具有流體特性（液化），剪應(yīng)力和剪切應(yīng)變?yōu)?，而且分界應(yīng)力點(diǎn)后段曲線的彈性模量大于前段曲線，即遞增硬化流體彈塑性本構(gòu)關(guān)系［5］。

從圖6、7可以看出，隨著藥量的增加，壓力峰值是單調(diào)上升的。而隨著爆心距的增大，壓力峰值逐漸減小的。在圖6中，隨著炸藥埋深的增大，壓力峰值也顯著增大，在埋深最淺的0.5 m處5.41 MPa到埋深1.0 m處的6.06 MPa再至埋深1.5 m處的7.41 MPa。當(dāng)藥量和爆心距保持不變的情況下，隨著埋深的增加，炸藥在土中封閉性越大，向空氣中泄露的能量也越少。

圖8中，隨著埋深增大，壓力峰值不會(huì)在逐漸增大，特別是埋深從1.0m至1.5m處，壓力峰值增大較為明顯，此處可以理解為埋深越大，且其他條件不變的情況下，壓力峰值越大，也就是說炸藥釋放的能量更多地封閉在土中。使得傳感器接收點(diǎn)測試結(jié)果變大。

圖5 不同爆心距的實(shí)測波形Fig.5 Waveforms for different distance to blast piont

圖6 不同藥量下壓力峰值Fig.6 Pressure peak for different explosive quantity

圖7 不同爆心距離下壓力峰值Fig.7 Pressure peak for different distances

圖8 變埋深條件下壓力峰值Fig.8 Pressure peak for variable depths

圖9 軟中爆炸成坑現(xiàn)象（150 g）Fig.9 Effects of crater formed by explosion in soft soil

炸藥埋深對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很大，亦即上覆土壓力對(duì)測試結(jié)果的影響，變埋深對(duì)爆炸成坑現(xiàn)象。結(jié)合圖8、9知，埋深1.5 m時(shí)，無拋散土無彈坑、覆表土只出現(xiàn)裂紋，埋深1.0 m處，無明顯的彈坑，也沒有明顯的拋散，埋深0.5 m處，有明顯的半球形彈坑，而且土體拋散距離較遠(yuǎn)較高。由此可以得出，隨著埋深的增大、上覆土壓力的增大，壓力峰值也隨著埋深的增加而增加，也可以理解為爆源與空氣更為封閉。埋深1.5 m處，上覆土表面爆后基本變化不大，可以推斷在埋深（H）大于1.5m的時(shí)候，保持藥量150 g，壓力峰值將不會(huì)繼續(xù)增大，埋深（H）處完全可以把炸藥釋放的能量全部封閉在土中。

2.2 超靜孔隙水壓力試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)測工況結(jié)果，可以得出表4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及不同藥量與不同爆心距位置的超靜孔隙水壓力隨時(shí)間變化如圖10、11。

表4 爆心距離0.7m埋深1.5m藥量150 g數(shù)據(jù)表Tab.4 Pore pressure data table

從表4數(shù)據(jù)可以看出，淤泥質(zhì)軟粘土中的總孔隙水壓力從爆炸前幾千帕突變到爆炸后的一百多千帕，在表4中，總孔隙水壓力由爆炸前的8.1 kPa瞬間變?yōu)楸ê蟮?31.6 kPa，為原來的16.2倍，孔隙水壓力的消散隨時(shí)間而趨緩，尤其是爆炸后2 h后孔隙水壓力消散幾乎成水平線，從表4可知，爆炸后2 h之內(nèi)，土中孔隙水壓力平均每10min降低7.74 kPa，爆炸第3 h內(nèi)，土中超靜孔隙水壓力由30.6 kPa變?yōu)?8.1 kPa，平均每10min孔隙水壓力降低0.42 kPa。

圖12中隨著爆心距的增大，土中孔隙水壓力的峰值明顯逐漸降低，接近直線；圖13中隨著藥量逐步增加，在50 g到100 g的時(shí)候土中孔隙水壓力峰值增大不是很明顯，從50 g時(shí)候的47.1 kPa增至66.5 kPa，當(dāng)藥量增至150 g時(shí)，孔隙水壓力峰值由66.5 kPa突變?yōu)?23.5 kPa?？傮w來說，隨著藥量的增大，孔隙水壓力峰值單調(diào)增大。

圖10 不同藥量下孔隙水壓力隨時(shí)間變化圖Fig.10 History of pore water pressure under different explosive quantity

圖11 不同爆心距下孔隙水壓力隨時(shí)間變化圖Fig.11 History of pore water pressure under different distance

圖12 不同爆心距下壓力峰值Fig.12 Peak pressure under different distance from blasting piont

圖13 不同藥量下壓力峰值Fig.13 Peak pressure under different explosive quantity

在沒有其他外荷載作用的時(shí)候，孔隙水壓力是由于水的自重所引起，其大小與水位高度有關(guān)，水位越高，孔隙水壓力值越大。分析可知，爆炸荷載作用下軟土的孔隙水壓力的變化具有鮮明的特點(diǎn)，瞬態(tài)超靜孔隙水壓力的峰值在幾毫秒乃至幾百毫秒急劇上升，而且只有一個(gè)明顯的峰值。一般來說，軟土近似看成兩相飽和土，軟土承受的總應(yīng)力由兩部分組成，一種是土顆粒形成的骨架上的有效應(yīng)力，主要在顆粒之間起相互傳遞作用，另一種就是孔隙水中的孔隙水壓力，且水中的密閉氣體和固態(tài)顆粒也能夠?qū)⒖紫端畨毫毫ο虿煌姆较騻鬟f。

爆炸后往往會(huì)出現(xiàn)類似液化現(xiàn)象，這是因?yàn)橥凉羌茴w粒在瞬間爆炸高壓作用下，土孔隙中的水來不及排出所導(dǎo)致。導(dǎo)致土骨架破壞，孔隙水壓力驟然上升，有效應(yīng)力減小，一部分的土顆粒與四周脫離接觸，處于懸浮狀態(tài)，孔隙水上涌，這樣就導(dǎo)致土骨架有效應(yīng)力在總應(yīng)力中的比重降低，此時(shí)，總應(yīng)力主要是由孔隙水壓力承擔(dān)。爆炸后，爆點(diǎn)周圍土體處在強(qiáng)烈的非線性響應(yīng)區(qū)，該區(qū)沖擊波壓力呈指數(shù)型急速衰減并向外傳播，經(jīng)很短距離的傳播就演變?yōu)閺椝苄裕ǚ蔷€性）區(qū)，而當(dāng)沖擊波壓力降低到向遠(yuǎn)區(qū)輻射地震波的彈性波源時(shí)即進(jìn)入線彈性響應(yīng)區(qū)，相應(yīng)的土體在爆炸近區(qū)將會(huì)產(chǎn)生很大的塑性變形，產(chǎn)生很大的不可恢復(fù)的壓縮，特別是淤泥質(zhì)軟土中，土的壓縮性很低，這也是超靜孔隙水壓力消散緩慢的一個(gè)重要的原因。

2.3 溫度測試結(jié)果

本次試驗(yàn)采用接觸式測溫，將溫度傳感器直接埋置與爆源接觸的土壤中，具體示意圖如圖3，由于對(duì)爆炸燃燒空間無法準(zhǔn)確計(jì)算，故無法合理布置測試點(diǎn)，一定程度上存在誤差，圖14中（a）、（b）為150 g藥量下溫度實(shí)測曲線，在爆炸前后溫度都是20℃～30℃左右，爆炸瞬間，溫度并沒有瞬間上升，而是經(jīng)過一定傳遞時(shí)間才突然上升，這和軟土介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)以及爆源和傳感器的測試距離有關(guān)，從圖14（b）可以看出，在600 s時(shí)溫度突然上升至210℃左右。之后經(jīng)歷了接近1500 s才慢慢降低至初始溫度。

圖14 不同藥量下實(shí)測溫度曲線Fig.14 Curve of temperature under different explosive dosage

綜合溫度隨藥量的變化圖曲線可以看出：爆炸瞬間會(huì)引起局部的高溫沖擊。隨著藥量增大，溫度逐漸升高，從圖14（b）中，藥量150 g溫度雖然上升到210℃，但是下降得也快，隨著時(shí)間的增長，下降幅度又開始減小，之后再慢慢回降至初始溫度。雖然，土體中熱傳導(dǎo)是一個(gè)“慢過程”，但高溫沖擊下的熱應(yīng)力波是介質(zhì)響應(yīng)的一個(gè)重要的因素。此外溫度對(duì)孔隙水壓力的影響也不容忽視，由于溫度的改變，孔隙水壓力會(huì)隨著溫度的升高而增大，隨著溫度的降低而減小。溫度誘致的孔隙水壓力的變化機(jī)理是極其復(fù)雜的，已有研究表明：由于溫度的改變使土中顆粒和土中水的膨脹與收縮，從而導(dǎo)致孔隙水壓力的產(chǎn)生與消散［12］。

由于巖土中溫度的導(dǎo)熱傳播是個(gè)極其復(fù)雜的多場問題，并與爆源和測試點(diǎn)的距離、傳感器誤差等有關(guān)，故本次試驗(yàn)所測溫度結(jié)果只能在一定程度上說明隨著藥量的增大，溫度峰值明顯升高，更多的結(jié)論有待于進(jìn)一步的試驗(yàn)和理論研究來驗(yàn)證。

3 乳化炸藥爆轟參數(shù)理論計(jì)算

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB18095－2000《乳化炸藥》的基本參數(shù)為表5。

表5 《乳化炸藥》參數(shù)Tab.5 Parameters of emulsion explosive

3.1 爆壓計(jì)算

由于爆炸的復(fù)雜性，很多研究者總結(jié)了一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)公式，其中都是圍繞著最經(jīng)典的經(jīng)驗(yàn)公式（2）演推而來。

其中：A0，A1，A2，A3可由實(shí)驗(yàn)直接確定，但是由于各種因素的影響，不同研究者所得出的系數(shù)也各不相同。W1/3/R為藥量的三次方根比裝藥中心的距離。ΔPf為沖擊波峰值超壓單位kg/cm2，土壤中的爆炸經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)值［10］，A0＝0，A1＝1.02，A2＝3.99，A3＝12.6。本次試驗(yàn)選取R＝0.7 m，W＝0.15 kg。相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（4）求得ΔPf＝8.406 12 kg/cm2＝0.841 MPa。試驗(yàn)中在藥量150 g，埋深1.5m時(shí)超壓峰值為2.9 MPa；藥量50 g情況下，爆心距1.3 m處壓力峰值1 MPa左右。式（2）是基于炸藥在土壤外側(cè)接觸的基礎(chǔ)上推導(dǎo)的理論公式，根據(jù)前面所得結(jié)論，埋深越淺，炸藥釋放的能量封閉在土壤中就越少，流向土壤外的能量就越多，因此該理論值僅供于參考。此外試驗(yàn)儀器方法等各種原因，試驗(yàn)所得結(jié)果也不一定準(zhǔn)確。由于爆炸是個(gè)復(fù)雜的問題，理論與實(shí)踐往往是無法完全吻合的。

3.2 爆溫計(jì)算

要計(jì)算爆溫，必須先計(jì)算出爆熱，目前計(jì)算爆熱基本上統(tǒng)一采用蓋斯定律，主要有以下兩個(gè)個(gè)步驟。第一步根據(jù)B－W法寫出爆炸化學(xué)反應(yīng)方程式，第二步由蓋斯定律計(jì)算出Qp，其中Qp＝Q1－Q2，Q1為各爆炸產(chǎn)物生成熱之和，Q2為炸藥生成熱。

上式中各產(chǎn)物的生成熱查閱相關(guān)規(guī)范得出，為了和本次試驗(yàn)作比較，以0.1 kg藥量換算所得Qp＝303.59 kJ/mol。根據(jù)爆熱和爆炸產(chǎn)物的熱容來計(jì)算爆溫。在以上假設(shè)條件下，利用下式來計(jì)算爆溫。

Qp＝CV（T1－T2）（4）

式中：T1為爆炸后初始溫度，T2為爆炸產(chǎn)物的最終溫度（20℃～30℃），亦即環(huán)境溫度。在計(jì)算爆炸時(shí)我們把平均熱容量Cv與溫度時(shí)間間隔t看成是線性關(guān)系，一般來說只取前兩項(xiàng)。

由式（7）計(jì)算得出t＝321.458℃，爆溫T1＝T2＋t＝346.458℃，試驗(yàn)中，藥量為150 g時(shí)所測爆溫峰值為210℃，溫度測試的結(jié)果和理論計(jì)算值相差不是非常大。由于爆炸的特殊性，在爆炸過程中溫度變化極快極高，而且傳感器與爆源的距離布置也存在一定問題，此外，炸藥在土中傳播涉及到土質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)等各方面原因。不言而喻，在如此變化極快、溫度極高復(fù)雜的條件下，用實(shí)驗(yàn)方法直接測定爆溫是極為困難的，目前一般采用理論計(jì)算。因此，這種差異性也是在預(yù)料之中，某種程度上也可以說是相對(duì)比較接近的。

4 結(jié) 論

本文通過現(xiàn)場試驗(yàn)，針對(duì)軟土地基中爆炸沖擊波、孔隙水壓力和溫度進(jìn)行了一系列測試。通過對(duì)測試數(shù)據(jù)的分析，主要結(jié)論如下：

（1）根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了沖擊波壓力隨時(shí)間和藥量變化圖，得到了爆炸波在淤泥質(zhì)軟土中的衰減形式及其傳播規(guī)律，結(jié)果表明，軟土中存在沖擊波向彈性波轉(zhuǎn)化分界壓力，且這個(gè)分界壓力是與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)，不同的土中產(chǎn)生的條件不同。根據(jù)本次試驗(yàn)，寧波淤泥質(zhì)軟土分界壓力粗略估計(jì)在1～3 MPa之間。

（2）隨著藥量增大，超靜孔隙水壓力峰值增大。爆炸后初期數(shù)分鐘內(nèi)，孔隙水壓力消散較為明顯，隨著時(shí)間的增長，消散速率越來越小。

（3）爆炸瞬間，溫度在軟土介質(zhì)中上升較空氣中慢，在軟土介質(zhì)中具有一定的傳導(dǎo)時(shí)間和上升時(shí)間。隨著藥量的增大，溫度峰值明顯升高。

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Tests for tem perature and pressure response of silt soft soil under blasting load

ZHU Yuan-wu，ZHENGRong-yue，LIU Gan-bin，WEIWei，DENG Yue-bao
（Institute of Geotechnical Engineering，Ningbo University，Ningbo 315211，China）

An in-situ simulated explosion testwas carried out at a site with Ningbo marine silt soft soil.The time history distribution and evolution laws of pore water pressure，shock pressure and temperature under the conditions of different explosive quantities and buried depth were obtained.The test results revealed that there exist coupling phenomena of seepage，stress and temperature；the peak of super-static pore water pressure increases with increase in explosive quantity and the dissipation of pore water pressure is relatively quick within early minutes after explosion and then it decreases；there is a dividing line pressurewhich means a pressure for shock wave to be converted into elastic wave and it is related to soil's character，especially，its air content；the explosion temperature has a certain conduction time and rise time in soft soil，and it risesmore slowly in soft soil than it does in the air.Finally，relevant theories were used to compute the pressure and temperature.The calculated results were compared with the measured ones.The study results provided a reference for underground people air-defense engineering design and base compaction treatment in coastal soft soil area.

soft soil；simulated explosion test；pore water pressure；temperature

O382＋.2

A

10.13465/j.cnki.jvs.2014.24.011

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助（51178227，51278256）

2013－08－08 修改稿收到日期：2014－01－02

朱遠(yuǎn)武男，碩士生，1987年生

鄭榮躍男，碩士，1964年11月生