《防護(hù)工程(國(guó)防軍事工程和人民防空工程)技術(shù)的幾點(diǎn)展望》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《防護(hù)工程(國(guó)防軍事工程和人民防空工程)技術(shù)的幾點(diǎn)展望（7頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、防護(hù)工程技術(shù)的幾點(diǎn)展望 防護(hù)工程主要包括國(guó)防軍事工程和人民防空工程，防護(hù)結(jié)構(gòu)一般為著上環(huán)境地埋 沒(méi)或半埋沒(méi)的地下結(jié)構(gòu)，用于抗御常規(guī)武器沖擊爆炸的局部和整體破壞作用，及核武 器爆炸的殺傷破壞效應(yīng)。所承受的沖擊爆炸荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本荷載。防護(hù)工程學(xué) 科是系統(tǒng)工程。爆炸力學(xué)、彈塑性動(dòng)力學(xué)、計(jì)算力學(xué)，巖土工程。結(jié)構(gòu)工程、材料學(xué) 計(jì)算機(jī)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)理論與技術(shù)等交叉的邊緣學(xué)科。其技術(shù)的發(fā)展受到國(guó)內(nèi)外政治經(jīng)濟(jì) 形勢(shì)、軍事理論、武器裝備和工程科學(xué)技術(shù)發(fā)展的制約和影響。防驢工程技術(shù)涉及廣 泛的領(lǐng)域，現(xiàn)簡(jiǎn)述幾點(diǎn)展望。 一、 武器效應(yīng)與工程防護(hù) 未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)樣式，將是核武器威懾下的高技術(shù)常規(guī)戰(zhàn)爭(zhēng)。武器效應(yīng)與工程

2、防護(hù)是 防護(hù)工程技術(shù)研究的基本內(nèi)容。隨著新的塑性裝藥、聚能穿甲裝藥和爆炸性演化氣體 裝藥等新型常規(guī)武器的發(fā)展，及制導(dǎo)武器命中精度的提高，需要發(fā)展其破壞機(jī)理與效 應(yīng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。在確定武器破壞效應(yīng)、工程損毀概率與人員設(shè)備損傷標(biāo)準(zhǔn)之間 的定量關(guān)系的基礎(chǔ)上人建立新的工程破壞的概念和相應(yīng)的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，從而發(fā)展新的防 護(hù)技術(shù)與措施。改善防護(hù)遮彈層的材料和構(gòu)造特征，是被動(dòng)式抗直接命中的遮彈層正 在發(fā)展的途徑。這要求提高高強(qiáng)。鋼纖、鋼包、浸漬砼等材料的材性，并研究各種新 的高強(qiáng)復(fù)合材料。改善遺彈層的前面輪勵(lì)、空間幾何構(gòu)戍及采用新的抗沖擊的故體耗 能材料和剛?cè)釓?fù)合構(gòu)這，可以減小直接命中彈丸的沖擊爆炸破壞概率

3、和效應(yīng)。發(fā)展高 科技的遮彈層主動(dòng)防護(hù)技術(shù)，是抗常規(guī)武器直接命中新的發(fā)展方向。采用傳感、自控 技術(shù)與爆炸力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可使來(lái)襲武器提前損毀或主動(dòng)削弱其效應(yīng)。為 了適應(yīng)高技術(shù)常規(guī)戰(zhàn)爭(zhēng)戰(zhàn)區(qū)工程構(gòu)筑的需要，要求利用材料科學(xué)的研究成果，發(fā)展多 種輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)會(huì)材料、復(fù)合結(jié)構(gòu)和裝配式移動(dòng)多用途結(jié)構(gòu)，以及滿(mǎn)足戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)要求的 快速施工技術(shù)及快速修復(fù)技術(shù)。 核武器空中爆炸沖擊波研究，期望進(jìn)一步考慮炸后介質(zhì)物理變化過(guò)程夏真實(shí)的狀 態(tài)方穆，改進(jìn)空爆時(shí)特別是馬赫反射區(qū)和過(guò)渡反射區(qū)的理論分析與模擬試驗(yàn)研究。核 武器地爆或觸地的巖土中強(qiáng)爆炸波的傳播，需要更深入地體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與巖體的物理力 學(xué)特征和工程地質(zhì)特征，建立

4、更符合告體真實(shí)狀態(tài)的強(qiáng)沖擊脈沖荷載下的本構(gòu)關(guān)系， 并發(fā)展相應(yīng)的數(shù)值分析方法。對(duì)于已建的重要地下防護(hù)工程，則應(yīng)發(fā)展各種折的防核 加固技術(shù)。 二、 巖上中爆炸波及與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用 這一領(lǐng)域主要涉及反映巖土宏觀性質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系，分析計(jì)算方法及巖土結(jié)構(gòu)交界 面的工作條件等諸方面。已建立的各種粘彈塑性本構(gòu)模型，基本是以靜力試驗(yàn)結(jié)果為 基礎(chǔ)的，數(shù)值分析方法也多基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)。由于巖土體是多相多組分介質(zhì)，實(shí)際 巖體廣泛存在各類(lèi)大小軟弱結(jié)構(gòu)面。建立新的理論本構(gòu)模型，可以發(fā)展強(qiáng)沖擊高應(yīng)變 速率下考慮裂隙節(jié)理的各種斷裂損傷模型；探討將理性力學(xué)、不可逆過(guò)程熱力學(xué)引入 巖土工程，研究基于現(xiàn)代混合物理論的統(tǒng)一理

5、論模型。本構(gòu)關(guān)系所研究的另一方面， 是直接利用動(dòng)力試驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立數(shù)值型本構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。將新的本構(gòu)模型應(yīng)用 于工程實(shí)際，還必須選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算參數(shù)，解決溝通模型參數(shù)與通常的工程參數(shù)之間 關(guān)系的問(wèn)題。相應(yīng)的數(shù)值分析方法，已發(fā)展了有限元、隨機(jī)有限元、離散元法等?，F(xiàn) 正將斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)的研究成果引入離散化的計(jì)算分析，并期望進(jìn)一步發(fā)展基于 非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和微結(jié)構(gòu)介質(zhì)力學(xué)分析方法。如何處理巖土與結(jié)構(gòu)交界面的工作條件， 新的研究方向是將交界面作為較嚴(yán)格的接觸問(wèn)題來(lái)研究。這類(lèi)接觸非線(xiàn)性有彈性和彈 塑性接觸問(wèn)題，需要運(yùn)用變分不等式，拉氏乘子法或數(shù)學(xué)規(guī)劃等技術(shù)求解。從工程實(shí) 用的目的研究動(dòng)力相互作用的另一

6、途徑，是在工程簡(jiǎn)化條件下，利用波動(dòng)力學(xué)和基于 宏觀效應(yīng)的“拱效應(yīng)”分析法，給出便于工程應(yīng)用的簡(jiǎn)易的解析表達(dá)式。 三、 防護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算與設(shè)計(jì) 防護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力問(wèn)題的加載和響應(yīng)，一般在秒量級(jí)內(nèi)發(fā)生，構(gòu)件極限延性比可達(dá)5? 10或更大。發(fā)展地下防護(hù)結(jié)構(gòu)分析的工程實(shí)用方法，需要在簡(jiǎn)化行波加載特點(diǎn)、地面 建筑影響、動(dòng)力相互作用及材料裂縫開(kāi)展過(guò)程等因素的基礎(chǔ)上，給出結(jié)構(gòu)按整體分析計(jì) 算的應(yīng)用結(jié)論。對(duì)于結(jié)構(gòu)承受瞬態(tài)荷載的沖擊爆炸作用，期望更一步解決振動(dòng)與波動(dòng)問(wèn) 題復(fù)合的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。關(guān)于防護(hù)結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析法，已發(fā)展了多種離散化分析方法。 但大多以應(yīng)力參數(shù)為基本多數(shù)，現(xiàn)已不能適應(yīng)大變形結(jié)構(gòu)分析的需要以致使

7、計(jì)算失敗， 而應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展以應(yīng)變參數(shù)為基本參數(shù)的分析法。在防護(hù)工程設(shè)計(jì)可靠度理論方面，要 求建立構(gòu)件抗彈丸侵徹貫穿和震塌等局部作用設(shè)計(jì)的可靠反理論。另一方面承受爆炸荷 載整體作用的巖上中防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于非隨機(jī)不確定因素增多，非線(xiàn)性特征增強(qiáng)，統(tǒng) 計(jì)數(shù)據(jù)缺乏，給發(fā)展概率設(shè)計(jì)法增加了困難。 這需要利用有限的統(tǒng)計(jì)資料，綜合結(jié)構(gòu)分析的研究成果，建立接近工程實(shí)際的計(jì)算 模型，并進(jìn)行工程校準(zhǔn)和隨機(jī)誤差分析。如果工程考慮對(duì)核武器多種效應(yīng)的綜合防護(hù)， 還應(yīng)在系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上，對(duì)各種效應(yīng)合理分配可靠度指標(biāo)，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)的概率設(shè)計(jì)。 此外，發(fā)展防護(hù)工程設(shè)計(jì)的cAD技術(shù)，鼗是提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率的重要途徑。 四、

8、 計(jì)算機(jī)模擬與物理實(shí)驗(yàn) 新興計(jì)算機(jī)仿真模擬試驗(yàn)與物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，是防護(hù)工程實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展的重要 趨勢(shì)。相應(yīng)于巖土工程介質(zhì)本構(gòu)模型的發(fā)展，沖擊爆炸短時(shí)動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析法的發(fā)展， 以及計(jì)算機(jī)數(shù)值圖形顯示技術(shù)與圖象技術(shù)的發(fā)展，為開(kāi)拓防護(hù)工程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù) 領(lǐng)域提供了前提條件。 巖上介質(zhì)中爆炸波與結(jié)構(gòu)相互作用研究進(jìn)展 一、刖言 防護(hù)結(jié)構(gòu)一般為巖土環(huán)境中埋設(shè)或半埋沒(méi)的地下結(jié)構(gòu)。主要抗御常規(guī)武器沖擊爆 炸的局部和整體破壞作用，及核武器爆炸的殺傷破壞效應(yīng)，所承受的沖擊爆炸荷載是 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本荷載。因此巖土中爆炸波與結(jié)構(gòu)相互作用的研究是防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重 要的課題之一。正是由于這一課題的復(fù)雜性，其很多問(wèn)

9、題還沒(méi)有得到滿(mǎn)意的研究成果。 在研究爆炸波與巖土介質(zhì)中結(jié)構(gòu)相互作用時(shí)，選用哪一種模型，雖然主要取決于實(shí)際 研究介質(zhì)的性質(zhì)，但也往往取決于所求解的爆炸波動(dòng)問(wèn)題的特點(diǎn)。因此同一種介質(zhì)。 在某一類(lèi)爆炸波動(dòng)問(wèn)題中選取的模型與在另一類(lèi)爆炸波動(dòng)問(wèn)題中選取的會(huì)不一致。雖 然目前爆炸作用的不少問(wèn)題的確定是基于很簡(jiǎn)化的粗略的能量考慮，但是爆炸與介質(zhì) 中結(jié)構(gòu)的相互作用的進(jìn)一步發(fā)展顯然離不開(kāi)在系統(tǒng)他的試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的爆炸波動(dòng)學(xué) 問(wèn)題的求解。介質(zhì)模型是在歸納宏觀試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。建立連續(xù)介質(zhì)模 型的最一般形式的普遍原理是由衛(wèi)，N：謝多夫提出的［1-2］。由于巖土是多相多組分 介質(zhì)，實(shí)際巖體中廣泛存在各類(lèi)大小

10、軟弱結(jié)構(gòu)面，并非所有的巖土介質(zhì)中爆炸波與結(jié) 構(gòu)相互作用都能根據(jù)以連續(xù)介質(zhì)力學(xué)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)事先計(jì)算和分析出來(lái)。因此爆炸波 與巖土介質(zhì)中結(jié)構(gòu)的相互作用問(wèn)題的研究領(lǐng)域非常之廣泛?？偟恼f(shuō)來(lái)，包括三個(gè)方面 的問(wèn)題：爆炸波在介質(zhì)中的傳播，爆炸波與介質(zhì)邊界的相互作用；爆炸波與介質(zhì)中的 淖礙物（包括結(jié)構(gòu)、洞穴等）的相互作用。 二、爆炸波在巖土介質(zhì)中的傳播 巖土中爆炸的一般效應(yīng)是由爆炸波的傳播規(guī)律確定的。巖土中爆炸波的理論是在 過(guò)去40-45年中根據(jù)深入研究過(guò)的壓縮流體中波的理淪的成就以及很多前蘇聯(lián)學(xué)者在 這方面進(jìn)行了系統(tǒng)的有成效的研究而建立起來(lái)的。但是波在這些介質(zhì)中傳播規(guī)律要 在液體中傳播復(fù)雜的多，這首先

11、與塑性和粘性的存在密切相關(guān)。 在X.A.拉赫馬圖林，P，M，粱霍夫，C. C.格里哥揚(yáng)等人的著作中［3-20］，對(duì) 巖土中波動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了理論上的研究，同時(shí)還應(yīng)用了各種考慮介質(zhì)彈性和塑性的模型。 土中爆炸波實(shí)驗(yàn)研究的綜合成果，以及根據(jù)線(xiàn)彈性，菲線(xiàn)彈性和彈塑性介質(zhì)模型所得 到的有關(guān)波的傳播及其與障礙物相互作用的一維問(wèn)題的一系列解答已在著作［17-20］ 中給出。［21］根據(jù)［20］實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)展了著作［17, 20］的原理和方法，從粘彈性介質(zhì) 和粘塑性介質(zhì)模型出發(fā)對(duì)波動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了研究。這一系列基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的研究成 果，可以說(shuō)達(dá)到了相當(dāng)完善的程度。筆者曾在［28 ］進(jìn)行過(guò)介紹。 近年來(lái)，由于

12、環(huán)境工程，地震工程及海洋工程等的實(shí)際需要，飽和水土（通常指 孔隙中含有水和少量空氣的土，空氣不與大氣連通，而是以某些氣泡的形狀處于封閉 狀態(tài)中）在動(dòng)載下的動(dòng)力特性越來(lái)越受到人們的重視。特別在國(guó)防、人防工程中，有 相當(dāng)數(shù)量的結(jié)構(gòu)是構(gòu)筑在飽和水土中或之上的。在壓力稍大的爆炸波作用下，飽和水 土性能與非飽和水土（空氣含量很大，且與大氣連通的土）有很大的不同，試驗(yàn)及數(shù) 值分析表明［21，23, 24］，當(dāng)爆炸波在飽和水土中傳播時(shí)，它的波陣面速度，在波陣 面處的壓力和過(guò)于速度與空氣含量密切相關(guān)，因此，在飽和水土中，封閉空氣含量是 決定爆炸波傳播規(guī)律的基本要素。 目前，在飽和水土介質(zhì)中，短時(shí)波動(dòng)過(guò)程的研

13、究是以?xún)煞N方法為基礎(chǔ)的。 第一種方法是基于Biot［25-28］建立的理論，該法假設(shè)氣相的影響不大，將 三相介質(zhì)看作二相（液、固）介質(zhì)，氣相的曩響用一綜合的常系數(shù)加以表示，認(rèn)為全 部空間被某些連續(xù)介質(zhì)所充滿(mǎn)，其中每一種介質(zhì)都相當(dāng)于多組份介質(zhì)的一個(gè)組分，在 波動(dòng)過(guò)程中，這些介質(zhì)發(fā)生相互滲透和相互聯(lián)結(jié)運(yùn)動(dòng)，在一般情況下，每一種介質(zhì)都 具有自身的速度和壓力。 第二種是以連續(xù)介質(zhì)中波動(dòng)理淪建立起來(lái)的（OXB理論），該法假設(shè)多組分 介質(zhì)被看成連續(xù)介質(zhì)，它具有反映各組分的性和含量的，特殊的加壓和卸載方程式。 隨著對(duì)各組分特性及其動(dòng)力變形規(guī)律考慮的完整程度的不同，這個(gè)方程式可能具有不 同的形式［20，2

14、1］。按照［21］建立的多組分介質(zhì)模型認(rèn)為，介質(zhì)中各組分的壓縮規(guī)律， 像在自由狀態(tài)中一樣，氣體符合普阿松絕熱定律，固體和液態(tài)粒子材料符合切特方程 式，如果固態(tài)組分形成骨架，則研究壓力 （ 為骨架的有效壓力），在這 種情況下，根據(jù)各組分的壓縮性所確定的介質(zhì)壓縮性，顯得比骨架壓縮件要小些，隨 著氣態(tài)組分含量的減少，P’接近于大氣壓力，按照這個(gè)模型，介質(zhì)的變形是在荷載 施加的瞬間完成的。撮載與加載按相同的方程式進(jìn)行，所有的組分內(nèi)壓力都是一個(gè) 這樣的模型相當(dāng)于非線(xiàn)性彈性介質(zhì)。實(shí)驗(yàn)研究［18-20 ］表明，該模型正確反映了多組 分介質(zhì)變形的基本物理規(guī)律，理論的主要結(jié)論是當(dāng)氣態(tài)組分的含量有極小增加時(shí)，爆

15、 炸波的衰堿即顯才地增長(zhǎng)。與此同時(shí)，某些實(shí)驗(yàn)資料----在沖擊波傳播過(guò)程中波陣面 上的突躍消失現(xiàn)象不能由此模型得到說(shuō)明。［21］在此基礎(chǔ)上考慮了變形速率對(duì)介質(zhì)壓 縮性方程式的影響，給出的模型相當(dāng)于非線(xiàn)性粘彈性介質(zhì)。 從兩種方法的假設(shè)不難得知它們均具有局限性，只能分別適合不同的特定情況， 不具有普遍性。近年來(lái)，有的學(xué)者嘗試用理性力學(xué)中的混合物理論研究三相飽合水土， 介質(zhì)。但這些講究工作中，有的引入的附加變量太多而使問(wèn)題過(guò)于復(fù)雜［30］，有的人 為假設(shè)太多而缺乏理論基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)［31］，有的則包含尚屬商榷的概念［32］，另一 些研究過(guò)程中將動(dòng)力問(wèn)題作為等溫過(guò)程，這與爆炸波作用下動(dòng)力現(xiàn)象不相符合

16、［33-38］ 因而均難用于爆炸波在飽和水土中的傳播規(guī)律的研究。 最近，筆者根據(jù)爆炸波在三相飽和土介質(zhì)中傳播的宏觀試驗(yàn)結(jié)果［17-20, 37］,即 由于爆炸波的瞬時(shí)性，介質(zhì)間的熱交換可以不作考慮；固相與液相的粘性對(duì)爆炸波的 作用不敏感；熵的變化對(duì)壓力的影響不大；空氣含量是影響爆炸波在飽和土中傳播的 決定性因素。運(yùn)用混合物理論（筆者在該理論運(yùn)用到模型研究過(guò)程中，沒(méi)有考慮自由 能和化學(xué)勢(shì)的影響）建立起了較適合于爆炸波作用下三相飽和水土介質(zhì)的動(dòng)力模型 ［38］，該模型假設(shè)： a,介質(zhì)間互不相溶，三相間無(wú)相變； b，液相和氣相分別看作牛頓液體與理想氣體， c，介質(zhì)是各向同性的，小變形；

17、d，固相顆粒由于體變模量較大近似當(dāng)為不可壓縮； e，介質(zhì)看作是絕熱過(guò)程，等熵運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)該模型在一定的條件下，可以導(dǎo)出前述兩種方法的模型，這一方面貌明［43］ 所建模型的正確性，另一方面也說(shuō)明目前廣泛使用的Biot理論及理論的局限性來(lái)由。 通過(guò)分析比較得出的主要結(jié)論是： 1. 對(duì)于Biot理論，由于它沒(méi)能考慮氣相變化規(guī)律的影響，不適合爆炸波作用下 三相飽和水土的動(dòng)力分析，它一般通用于頻率較低的地震工程學(xué)問(wèn)題的研究。另外值 得注意的是試驗(yàn)［37］與理論計(jì)算［29］（用Biot理論）自相矛盾反過(guò)來(lái)說(shuō)明，Bito 理論即使對(duì)完全飽和土（不含氣相）中的爆炸動(dòng)力分析能否運(yùn)用，也是值得商榷 的。

18、2, 對(duì)于理冶它適合于固相土顆粒強(qiáng)度的情況（K是固相上骨架的體變模量，K是固相 顆粒材料的體變模量）。對(duì)于忽略二維剪切效應(yīng)的一維模型，既便在壓力較低的情況下， 為土骨架的有效壓力） 由于它考慮了氣相的重要影響，基本上也能反映了爆炸波在飽和土中傳播的動(dòng)力現(xiàn) 象和規(guī)律。 運(yùn)用混合物理論分析爆炸波在巖土介質(zhì)中傳播是一極其重要的研究趨勢(shì)。有關(guān)混 合物理論在地學(xué)中的運(yùn)用的詳細(xì)理論可見(jiàn)［39-40］。 三、爆炸波與介質(zhì)邊界的相互作用 巖土介質(zhì)通常都是不均勻的，飽和水土和非飽和本土中的不均勻性表現(xiàn)在隨著距 自由表面的距離加大，濕度和密度都連讀增長(zhǎng)，同時(shí)，介質(zhì)的壓縮性減小。在巖體中 的不均勻性廣泛存在

19、于各類(lèi)大小軟弱結(jié)構(gòu)面之中，包括節(jié)理囊隙，地質(zhì)斷裂構(gòu)透。爆 炸波在不均勻巖土介質(zhì)中的傳播其實(shí)質(zhì)是爆炸波與介質(zhì)邊界的相互作用。對(duì)于爆炸波 與飽和上和菲飽和土介質(zhì)邊界的相互作用，由許多學(xué)者，特別是前蘇聯(lián)學(xué)者，進(jìn)行了 一系列的研究，理論分析［21］及試驗(yàn)結(jié)果［37］均表明，爆炸波在飽和水土中傳播過(guò)程 中，有時(shí)土中應(yīng)力隨深度增加而增加，郎所謂“倒衰減”，造成“倒衰減”現(xiàn)象的主 要原因是土體的模量隨深度增加，可以想象此類(lèi)土體為無(wú)限多分層介質(zhì)所組成，應(yīng)力 波在其中傳播時(shí)，遇下層剛度較大的土層時(shí)將產(chǎn)生反射，應(yīng)力波在土層中層層反射， 因而土中應(yīng)力隨深度增大。一個(gè)值得注意的是爆炸波作用下處在飽和水土剛壁上的荷 載

20、問(wèn)題，試驗(yàn)結(jié)果［37］和理論計(jì)算［24］均表明，作用在飽和水土中剛壁上的荷載反射 系數(shù)甚大于2.0 o ［22］曾對(duì)爆炸波與介質(zhì)邊界的相互作用作過(guò)較詳細(xì)的描述。 對(duì)于用炸波與巖體中的節(jié)理裂隙和斷裂構(gòu)造斷層等介質(zhì)邊界的相互作用，由于 其復(fù)雜性而研究的不多.然而在天然地震的烈度衰減與場(chǎng)地效應(yīng)調(diào)查和爆破地震效應(yīng) （包括化爆與核爆）觀測(cè)中都發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造的隔震效應(yīng)的存在，人們?nèi)找骈_(kāi)始重視在 爆破工程和抗爆工程中利用天然巖體中存在的斷裂構(gòu)造來(lái)削弱自由場(chǎng)地應(yīng)力波的傳播 ［42］ 。 早在60年代國(guó)外就有人從理論和實(shí)驗(yàn)上就節(jié)理裂隙對(duì)巖體性質(zhì)的影響做了一些 工作，［43］早就指出，應(yīng)力波的衰減取決于裂隙的數(shù)

21、量，寬度以及充填物的波阻抗， 在運(yùn)用爆炸波通過(guò)節(jié)理裂隙透反射關(guān)系的研究中，比較有代表性的是［44-47］的工作。 近20年來(lái)，借助于斷裂力學(xué)，損傷力學(xué)及離散單元法研究爆炸波在節(jié)理裂隙中的傳 揪規(guī)律正掀起一個(gè)熱點(diǎn)［48-51］，從研究的情況看，這些方法遠(yuǎn)不能說(shuō)是成熟的，特 別是對(duì)動(dòng)力問(wèn)題還有待更深入細(xì)致的研究。建立新的動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型，溝通模型參數(shù)與 通常的工程參數(shù)之間的關(guān)系，發(fā)展強(qiáng)沖擊高應(yīng)變速率下考慮裂隙節(jié)理的各種斷裂損傷 模型是今后研究爆炸波在節(jié)理裂隙中傳播的趨勢(shì)。值得注意的是將裂隙節(jié)理界面嚴(yán)格 按接觸問(wèn)題來(lái)研究，并在計(jì)算中統(tǒng)一考慮交界面的各種可能工作狀態(tài)建立變分不等式 最后納入到數(shù)學(xué)規(guī)劃方法中

22、去求解也是研究爆炸波與節(jié)理裂隙相互作用問(wèn)題的重要途 徑［52-53］。 對(duì)于爆炸波通過(guò)斷層中類(lèi)似透鏡體帶顆粒介質(zhì)的傳播規(guī)律，迄今為止，還很少有 人涉足，試驗(yàn)研究表明［53］，應(yīng)力波在顆粒介質(zhì)中傳播時(shí)，不僅取決于顆粒體間的填 充物和孔隙率（先暫不考慮液、氣相介質(zhì)的影響），而且極大的受顆粒體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及 顆粒體局部相互作用的影響，目前，可以用來(lái)反映上述影響的途徑大致有兩種：一是 離散單元法，另一種是微結(jié)構(gòu)連續(xù)力學(xué)分析法。 離散單元法起源于分子動(dòng)力學(xué)，它是基于牛頓第二定律，根據(jù)每個(gè)顆粒與相鄰顆 粒相互作用的運(yùn)動(dòng)，建立運(yùn)動(dòng)方程并結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)求解顆粒材料變形的數(shù)值 方法。國(guó)內(nèi)外嘗得沿此方向做了

23、大量工作［54-59］，迄今已發(fā)展了多種離散單元法（ 包括剛塊法，離散單元法，剛彈法等），現(xiàn)在國(guó)外學(xué)者試圖將離散單元法用于非連續(xù) 介質(zhì)的動(dòng)力分析，包括強(qiáng)動(dòng)載的模擬，應(yīng)力波的傳播，巖塊破碎，爆炸運(yùn)動(dòng)及原子 沖擊、武器效應(yīng)等，但從研究的情況看，還不能達(dá)到成熟實(shí)用的地步，特別是對(duì)爆炸 沖擊問(wèn)題，離散單元法很難反映非連續(xù)顆粒之間的動(dòng)態(tài)接觸現(xiàn)象。顆粒尺寸及能量逸 失情況。對(duì)于顆粒數(shù)目較多的非連續(xù)介質(zhì)，存在驚人的計(jì)算費(fèi)用，而且在計(jì)算過(guò)程中 存在許多不確定參數(shù)，因此這一方法的有效性仍然取決于早期大量參數(shù)輸入的可信程 度。這正是這種方法需要深入研究的問(wèn)題。相對(duì)于這一方面，微結(jié)構(gòu)連續(xù)力學(xué)分析方 法就顯得優(yōu)越了。

24、 在微結(jié)構(gòu)連續(xù)力學(xué)模型中，顆粒體變形特性是通過(guò)微觀量（接觸力，接觸位移） 進(jìn)行系統(tǒng)平均而得到的宏觀連續(xù)變量（應(yīng)力、應(yīng)變）來(lái)表示的。 國(guó)外許多學(xué)者在位方面進(jìn)行了卓有成效的研究［60-66］，然而這些工作均假設(shè)： 顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中接觸點(diǎn)數(shù)量不變）沒(méi)有考慮兩顆粒體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，同時(shí)認(rèn)為應(yīng)變是均 勻的。因此，它們僅滿(mǎn)足在低應(yīng)力水平作用下，顆粒體拓樸結(jié)構(gòu)變化很小的變形范圍。 近年來(lái)，Chang ［67-71］發(fā)表了一系列關(guān)于顆粒材料力學(xué)的研究文章，已逐漸形成 了一套較系統(tǒng)的微結(jié)構(gòu)理論，在Chang的力學(xué)模型中，考慮了顆粒的平動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)，分 離和摩擦滑動(dòng)，引進(jìn)自適應(yīng)分析方法（Self 一 Cosisten

25、t Method）處理了由于大變形 運(yùn)動(dòng)引起的非均勻應(yīng)變場(chǎng)問(wèn)題，然而這些研究工作均沒(méi)有涉及動(dòng)力問(wèn)題。 最近筆者對(duì)爆炸液通過(guò)顆粒介質(zhì)的傳播規(guī)律進(jìn)行了初步研究，首先將顆粒與顆粒 及顆粒與周?chē)橘|(zhì)問(wèn)的相互作用看作固體力學(xué)的接觸問(wèn)題，根據(jù)接觸動(dòng)力學(xué)理論，給 出了若應(yīng)力波的最大譜波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于顆粒特征尺寸條件下的合理簡(jiǎn)單動(dòng)力接觸模模型 ［72］ 通過(guò)引進(jìn)恢復(fù)系數(shù)給出了顆粒之間局部的彈塑性接觸力與位移的關(guān)系，系統(tǒng)導(dǎo)出了顆 粒介質(zhì)宏觀的彈塑性本構(gòu)關(guān)系［73］，結(jié)合顆粒介質(zhì)的邊值問(wèn)題，采用變分方法導(dǎo)得了 顆粒介質(zhì)的動(dòng)力方程，并將理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，表明了良好的一致 性［74］，然而這些研究?jī)H是初

26、步性的。進(jìn)一步的工作展開(kāi)應(yīng)該是對(duì)接觸恢復(fù)系數(shù)進(jìn)行 理論與試驗(yàn)研究：將此方法與其它數(shù)值分析方法進(jìn)行耦合，以擴(kuò)展在巖土介質(zhì)爆炸波 傳播問(wèn)題中使用的范圍；如何考慮液體、氣體的影響，如何有效地使用計(jì)算機(jī)模擬技 術(shù)于微結(jié)構(gòu)連續(xù)力學(xué)分析方法中是一個(gè)值得深入研究的問(wèn)題。 四、爆炸波與巖土介質(zhì)中障礙物的相互作用 爆炸波在介質(zhì)中與結(jié)構(gòu)的相互作用問(wèn)題一方面隨介質(zhì)是線(xiàn)彈性，非線(xiàn)彈性，彈 塑性而變得越來(lái)越復(fù)雜，另一方面隨著結(jié)構(gòu)是剛性移動(dòng)還是彈性不移動(dòng)的還是彈性移 動(dòng)的而變得越來(lái)越復(fù)雜。關(guān)于這一方面筆者也在［22］中作了詳細(xì)的介紹。 大部分的防護(hù)結(jié)構(gòu)淺埋于巖土介質(zhì)之中，目前確定淺埋結(jié)構(gòu)荷載大致有兩個(gè)方法: 一個(gè)是

27、運(yùn)用彈塑性波動(dòng)理論，詳盡分析結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)與振動(dòng)，分析上與結(jié)構(gòu)的動(dòng) 力相互作用，對(duì)于二維及三維情況，大多數(shù)只能以數(shù)值分析的方法（有限單元法，邊 異單元法，無(wú)限單元法及雜交法等）就個(gè)別的實(shí)際工程得出數(shù)值結(jié)果，不能依賴(lài)此法 得出計(jì)算參數(shù)變化下結(jié)構(gòu)荷載變化的規(guī)律曲線(xiàn)，故難為實(shí)際部門(mén)采用。因此，忽略二 維及三維效應(yīng)，按一維彈塑性平面波理論則可精確分析與考慮地表及結(jié)構(gòu)卸載波的影 響，得出結(jié)構(gòu)與土參數(shù)變化下結(jié)構(gòu)荷載變化的規(guī)律曲線(xiàn)［74 — 78］，這個(gè)方向在理論上 是完善的，但需估計(jì)忽略二維效應(yīng)的誤差來(lái)。另一個(gè)方向是考慮二維效應(yīng)的拱效應(yīng)法。 美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)85年版“核武器設(shè)計(jì)手冊(cè)”就采用此觀點(diǎn)，并給

28、出了拱效應(yīng)表 達(dá)式】77］，近年來(lái)國(guó)內(nèi)也有些人推薦拱效應(yīng)法。拱效應(yīng)法確定土中淺埋結(jié)構(gòu)荷載從位 移場(chǎng)出發(fā)，基本上是依照太沙基靜載條件下拱效應(yīng)概念構(gòu)造出來(lái)的，拱效應(yīng)法概念和 表達(dá)式雖然簡(jiǎn)單，但缺乏理論依據(jù)。不能反映土中結(jié)構(gòu)在爆炸波作用下與介質(zhì)產(chǎn)生的 動(dòng)力相互作用的現(xiàn)象。文［80］在試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較完全的中外試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，仔細(xì)對(duì)比 前述兩個(gè)方向的理論計(jì)算結(jié)果，得出的結(jié)論是一維平面波理論確定頂蓋荷載是合理的， 比較符合試驗(yàn)的實(shí)際情況，而對(duì)底板誤差較大，需要修正，文中給出了底板荷載的修 正公式。然而由于一維波動(dòng)理冶的局限性，它本身也沒(méi)能很好解釋試驗(yàn)所發(fā)生的某些 現(xiàn)象，即結(jié)構(gòu)變形較大時(shí)，頂板跨中壓力波形出現(xiàn)

29、“變窄”現(xiàn)象，另外，［78］根據(jù) FoAMHEST系列試驗(yàn)和錯(cuò)誤模型計(jì)算分析，認(rèn)為頂板荷載主要受頂板下表空由面 反射的影響，關(guān)于這個(gè)問(wèn)題［81］作了詳盡的理論分析，［82］根據(jù)二維波動(dòng)理論對(duì)淺 埋結(jié)構(gòu)荷載理論進(jìn)行了較為全面。系統(tǒng)的研究，澄清了一些模糊的認(rèn)識(shí)，指出核爆炸作 用下淺埋結(jié)構(gòu)荷載并不是土的成拱所致，而是波在結(jié)構(gòu)上的反向及衍射，以及由于結(jié)構(gòu) 的整體沉陷和變形引起的輻射所致，文中給出了較系統(tǒng)、全面的核爆條件下淺埋土中結(jié) 構(gòu)的荷載形式。 此外，非平頂結(jié)構(gòu)的荷載如何確定，結(jié)構(gòu)本身的破壞模式，平面力（軸力）的影響， 以及結(jié)構(gòu)大變形等。 隨著核武器當(dāng)量不斷增大，運(yùn)載工具和制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，抗百萬(wàn)

30、噸級(jí)觸地核爆或 锃地爆巖石中深埋高抗力結(jié)構(gòu)已提到日程上來(lái)。巖石中深埋高抗力結(jié)構(gòu)需要解決以下 幾個(gè)問(wèn)題： 1、 核爆產(chǎn)生的應(yīng)力波在自由場(chǎng)中的傳播，如何確定自由場(chǎng)地運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 2、 高抗力結(jié)構(gòu)的材料，合理結(jié)構(gòu)形式和防護(hù)措施。 就目前認(rèn)識(shí)及研究情況來(lái)看，抗觸地爆的高抗力結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及隔震都是同等重要； 甚至結(jié)構(gòu)的隔震常常起控制作用。因此，高抗力結(jié)構(gòu)的防護(hù)措施常采用毛洞噴錨網(wǎng)支 護(hù)，并在鋼筋砼或鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)襯砌填充一層回填材料，回填材料宜采用低密度，大孔隙 率，低彈模的材料，如泡沫塑料、泡沫砼、漿砌石等，以造成結(jié)構(gòu)與回填材料間的阻 抗失配。［33］研究了回填材料的大變形影響，研究結(jié)果表明，對(duì)于泡沫塑料

31、，泡沫 砼這類(lèi)回填材料，可以用小變形理論來(lái)分析而不致產(chǎn)生較大的誤差，筆著認(rèn)為今后應(yīng) 加強(qiáng)對(duì)回填材料的試驗(yàn)研究和新型高抗力結(jié)構(gòu)的防護(hù)概念和措施，提高深埋結(jié)構(gòu)的另 一途徑是利用前述天然巖體中存在的斷裂構(gòu)造等來(lái)削弱自由場(chǎng)中地應(yīng)力波的傳播，目 前我們正在對(duì)此進(jìn)行研究。 常規(guī)武器爆炸（化爆）與核爆不同之處在于： a、 雖然常規(guī)武器爆炸產(chǎn)生的波形同核爆，但作用時(shí)間與核爆相比短得多。 b、 常規(guī)武器的爆炸產(chǎn)生的荷載存在空間分布問(wèn)題。 由于化爆作用時(shí)間短、壓力峰值大、衰減快、應(yīng)變速率高。因此在選取巖土介質(zhì) 本構(gòu)關(guān)系時(shí)宜采用彈粘塑性模型。以考慮應(yīng)變速率效應(yīng)，對(duì)于抗卸常規(guī)武器直接命中 防護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件（遮斷層），可采取一些措施以提高防護(hù)能力，如選用高強(qiáng)鋼一砼組 合結(jié)構(gòu)，改變遮斷板的幾何設(shè)計(jì)促使沖擊彈丸跳彈或轉(zhuǎn)向，采用各種高強(qiáng)度抗沖擊的 復(fù)合材料和復(fù)合組合層或堆砌塊石，采用柔剛組合的結(jié)構(gòu)對(duì)沖擊彈丸減速或削弱等。 由于爆炸波與巖上介質(zhì)中結(jié)構(gòu)相互作用分析涉及到很多方面的內(nèi)容，如數(shù)值分析方 法等，限于篇幅，未能廣泛涉及。