兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (S1): 170-179.doi: 10.12382/bgxb.2023.0739
黎晓冬1,2, 王亚松3,*(), 邱艳宇1, 王明洋1,2, 岳松林1,*(), 王建平4, 邓树新2
收稿日期:
2023-08-10
上线日期:
2023-12-08
通讯作者:
基金资助:
LI Xiaodong1,2, WANG Yasong3,*(), QIU Yanyu1, WANG Mingyang1,2, YUE Songlin1,*(), WANG Jianping4, DENG Shuxin2
Received:
2023-08-10
Online:
2023-12-08
摘要:
由于钙质砂内部含有大量孔隙,钙质砂通常处于三相饱和状态,其液化特性与完全饱和状态有明显不同。采用自主研制的装置开展三相饱和钙质砂的大尺寸爆炸模型试验,分析三相饱和状态下钙质砂的爆炸液化特性,建立三相饱和钙质砂的超孔隙水压力的长期消散模型。针对三相饱和钙质砂自身特点建立其动力液化模型,通过对爆炸试验进行数值模拟验证模型的可靠性。有关研究结果为沿海岛屿的爆炸灾后地基稳定性分析及安全防护设施建设提供了重要参考。
中图分类号:
黎晓冬, 王亚松, 邱艳宇, 王明洋, 岳松林, 王建平, 邓树新. 爆炸荷载作用下三相饱和钙质砂的液化特性[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 170-179.
LI Xiaodong, WANG Yasong, QIU Yanyu, WANG Mingyang, YUE Songlin, WANG Jianping, DENG Shuxin. Liquefaction Characteristics of Three-phase Saturated Calcareous Sand under Explosive Loading[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(S1): 170-179.
最小干 密度/ (g·cm-3) | 最大干 密度/ (g·cm-3) | 比重 Gs | 天然孔 隙比 e | 内摩 擦角 φ/(°) | 压缩 模量 Es/MPa | 剪切波速 vs/(m·s-1) |
---|---|---|---|---|---|---|
1.129 | 1.51 | 2.846 | 0.55 | 35.41 | 21.679 | 269.618 |
表1 试样的各项物理指标
Table 1 Physical indexes of samples
最小干 密度/ (g·cm-3) | 最大干 密度/ (g·cm-3) | 比重 Gs | 天然孔 隙比 e | 内摩 擦角 φ/(°) | 压缩 模量 Es/MPa | 剪切波速 vs/(m·s-1) |
---|---|---|---|---|---|---|
1.129 | 1.51 | 2.846 | 0.55 | 35.41 | 21.679 | 269.618 |
试验编号 | 起爆方式 | 炸药当量/g | 埋深/cm |
---|---|---|---|
S1 | 单点 | 8 | 95 |
S2 | 单点 | 27 | 92 |
S3 | 单点 | 64 | 100 |
M1 | 两点100ms延迟 | 8, 16 | 80, 77 |
M2 | 三点100ms延迟 | 27, 27, 27 | 100, 100, 100 |
表2 试验方案
Table 2 Experiment program
试验编号 | 起爆方式 | 炸药当量/g | 埋深/cm |
---|---|---|---|
S1 | 单点 | 8 | 95 |
S2 | 单点 | 27 | 92 |
S3 | 单点 | 64 | 100 |
M1 | 两点100ms延迟 | 8, 16 | 80, 77 |
M2 | 三点100ms延迟 | 27, 27, 27 | 100, 100, 100 |
经验关系 | 砂土类型 |
---|---|
upk=50093[m/kg1/3]-2.38 | 冲积河砂[ |
upk=143000[m/kg1/3]-2.34 | 尾矿砂[ |
upk=47900[m/kg1/3]-1.45,Dr=48% upk=47400[m/kg1/3]-1.45,Dr=74% upk=47200[m/kg1/3]-1.45,Dr=99% | 混凝土骨料[ |
表3 饱和砂土中峰值超孔压的经验方程
Table 3 Empirical equations of peak excess pore pressures of different saturated sands
经验关系 | 砂土类型 |
---|---|
upk=50093[m/kg1/3]-2.38 | 冲积河砂[ |
upk=143000[m/kg1/3]-2.34 | 尾矿砂[ |
upk=47900[m/kg1/3]-1.45,Dr=48% upk=47400[m/kg1/3]-1.45,Dr=74% upk=47200[m/kg1/3]-1.45,Dr=99% | 混凝土骨料[ |
试验编号 | ue0/kPa | ur/kPa | α | R2 |
---|---|---|---|---|
S2-B1 | 2.45 | 1.93 | 0.022 | 0.998 |
S3-B1 | 2.61 | 1.30 | 0.071 | 0.999 |
M2-B1 | 2.65 | 1.37 | 0.045 | 0.996 |
S2-B2 | 2.29 | 1.94 | 0.020 | 0.998 |
S3-B2 | 2.45 | 1.28 | 0.072 | 0.999 |
M2-B2 | 2.43 | 1.28 | 0.046 | 0.996 |
S2-B4 | 2.16 | 1.76 | 0.026 | 0.998 |
S3-B4 | 2.03 | 1.14 | 0.091 | 0.999 |
M2-B4 | 2.17 | 0.99 | 0.042 | 0.998 |
表4 超孔隙水压消散的拟合参数
Table 4 Fitting parameters of excess pore water pressure dissipation
试验编号 | ue0/kPa | ur/kPa | α | R2 |
---|---|---|---|---|
S2-B1 | 2.45 | 1.93 | 0.022 | 0.998 |
S3-B1 | 2.61 | 1.30 | 0.071 | 0.999 |
M2-B1 | 2.65 | 1.37 | 0.045 | 0.996 |
S2-B2 | 2.29 | 1.94 | 0.020 | 0.998 |
S3-B2 | 2.45 | 1.28 | 0.072 | 0.999 |
M2-B2 | 2.43 | 1.28 | 0.046 | 0.996 |
S2-B4 | 2.16 | 1.76 | 0.026 | 0.998 |
S3-B4 | 2.03 | 1.14 | 0.091 | 0.999 |
M2-B4 | 2.17 | 0.99 | 0.042 | 0.998 |
组分 | 含量/% | 初始压力 | 初始密度 | 声速 |
---|---|---|---|---|
空气 | α1 | pa | ρ10 | c10 |
水 | α2 | pw | ρ20 | c20 |
固体颗粒 | α3 | ps | ρ30 | c30 |
表5 各组分初始状态条件
Table 5 Initial state conditions of each component of sample
组分 | 含量/% | 初始压力 | 初始密度 | 声速 |
---|---|---|---|---|
空气 | α1 | pa | ρ10 | c10 |
水 | α2 | pw | ρ20 | c20 |
固体颗粒 | α3 | ps | ρ30 | c30 |
ρ/ (g·cm-3) | G/GPa | K/GPa | a0/ 1010Pa2 | a1/ 105Pa2 | a2/ 10-1 |
---|---|---|---|---|---|
1.44 | 0.2967 | 2.34 | 2.94 | 4.1477 | 2.451 |
表6 钙质砂的主要参数
Table 6 Specific parameters of calcareous sand
ρ/ (g·cm-3) | G/GPa | K/GPa | a0/ 1010Pa2 | a1/ 105Pa2 | a2/ 10-1 |
---|---|---|---|---|---|
1.44 | 0.2967 | 2.34 | 2.94 | 4.1477 | 2.451 |
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