坑道工程抗地冲击荷载问题研究现状
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的破坏模式和宏观表现 上已经很 具有说服 力 ， 但具 体 的计算结 果
在 定 量 上 仍 然 与实 际工 程 存 在 明 显 的 差 距 ， 些 时候 为 了 与 实 际 有
情况相符 ， 必须对 输入 的参数 进行 大 范 围的修 正。我 国从 ２ ０世 纪６ ０年代开始从事这方面 的计 算。张景 山等利用 高 占鹏等人 给 出的我国试验场花 岗岩介质 冲击压缩 曲线 ， 也用 Ｓ Ｃ程序计算 了 Ｏ 我国的地下核爆炸 应力 波 ， 当时主 要关心 高压 段 的数 据 ， 其计算
图 １ 锚 圃洞 室 破 坏 形 态 比 较
的空 腔半 径、 高压 段最 大径 向应 力衰 减规 律 与试验 结果 比较 吻
刘仁辉 、 石少卿等人 通过试验 ， 出了装 药量 、 给 爆炸 位置等 合 ， 但波形与 国外 相 比， 速度 波形脉 冲宽 ， 移波形 下 冲小 ， 位 即质 爆炸条件相同的情况下 ， 坑道 内同一点位置上爆 炸空气 冲击波超 点 的 回 弹偏 小 。力 学 所 受 国 防 科 工 委 的 委 托 对 地 下 核 爆 效 应 进
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第 ３ ７卷 第 ３ ０期 ２０１１年 １ ０月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣ ＴＵＲＥ
Ｖ０ｌ３ ． ０ ＿ ７ Ｎｏ ３ ０ｃ ． ２ １ ｔ ０１
文 章编 号 ：０ ９ ６２ （ ０ ） ０ ０ ３ — ２ １０ —８ ５ ２ １ ３ —０ ６ ０ １
验 。在现场试验的难点除 了费时费力之 外 ， 主要是岩体 特征无法
大的低压径 向应力和径向位移值 ， 计算 与实 测偏 差更 大。２ Ｏ世 纪
按几何 比尺缩小 ， 同时重力效 应的影 响也无 法考虑 。 ｉ ｒ ｅ 试验进 行 了一 维和 ｅ ｖ 顾金才 、 陈安敏 曾通过模 型试 验… ， 究洞 室在平 面装 药和 用有效应力模 型对花 岗岩 介质 中的 Ｐｌｄｉ ｒ 研 二维数值计算 ， 近场 的波形 、 幅值和 空腔半 径等都 与试 验数 据吻 集 中 装 药 爆 炸 荷 载 作 用 下 不 同 加 固 方 案 的 对 比抗 爆 效 果 ， 出 了 给 但爆心距较 大的两个 测 点 ， 速度幅值 还是 比实 测数据 高 在爆 炸荷 载条 件下 几类 锚 固 洞 室模 型 的破 坏 形 态 试 验 结 果 （ 图 合较好 ， 如 了将 近 两 倍 。９ 代 以来 ， ０年 在美 国 以 ＬＪＬ，Ａ Ｌ和 ＷＥ Ｉ ＬＮ Ｎ Ｓ等 单 位 １ 示 ） 所 。
文 献标 识码 ： Ａ
１ 概 述
在未来高技术战争 中， 防护工程遭受远程精 确制导 的触地爆
３ 数 值模 拟 问题 的研 究现 状
１５ ９９年由 ＪＨ． ｕｋＨ 提出了 Ｎ Ｅ ． Ｎ ｃｏ ｓ Ｕ Ｃ模 型 ， 它是在 拉格朗 日
和钻地爆袭击的 可能性 大大增 加。为 了提高指 挥工程 的生 存能 坐标 系 中球 对 称 情况 下进 行 分 区 计 算 的力 学 模 型 ， 曾对 美 国 力， 确保战时指挥正 常和 国家安 全 ， 在新 军事技 术革命 不断 发展 Ｒ ｉｉ 核试 验进行过 计算。２ ａｎ ｒ ｅ ０世纪 ６ ０年代初期 ， 国 Ｌｖｒ ｏ 美 ｉ ｍｒ ｅ ｅ
７ ０年代末 ， 数值模拟 的结果开始有 了较大 的改善 ， ｉｅ ，ａ Ｒｍ ｒＤ ｙ等采
为代表 的研究机构 对岩体 中的地 冲击传播 规律 、 侵彻 问题 、 炸 爆 问题等进行 了大 规模 的数值模 拟 。这 一时期 的研究 成果 由于计
算机软硬件的飞速发展而更加逼 真。近年来 ， 国完 成 了大 型地 美
坑 道 工 程 抗 地 冲 击荷 载 问题 研 究 现 状
石 磊 张并 瑞
摘
林 家炜
要 ： 绕岩 石坑 道 工 程抗 地 冲 击荷 载 所 进行 的 一 些试 验研 究 与数 值 模 拟 计 算 的发 展 现 状做 了归 纳 分 析 ， 指 出 了 目 围 并
前 所 存 在 的 一 些 问题 ， 为今 后 防护 工程 抗 冲 击荷 载 的研 究提 供 了一 定指 导 。 关键 词 ： 冲击 ， 道 ， 展 现 状 ， 地 坑 发 数值 模 拟 中 图分 类 号 ：Ｕ １ ． Ｔ ３２ １
ａ ａ 核试验作 了计算 ， 出了不 同位置处 的计算 波形和 ｄ 给 目前 防护结构抗爆试验 主要采取 两种方法 ： 一种是 用原 型材 国 Ｈ ｒｈｔ 特别是对 于爆心距较 料缩小 比尺在现场进行试验 ， 另一种是用模 型材料在室 内进行试 实测波形 。计算结果与试验结果偏差较 大 ，
压 峰值 随 装 药 长 径 比的 关 系 。 Ｃ ￣Ｋ ＢＩ Ｂ等 对 于 坑 道 的 动 力 行 了计 算 ， 在 １６ ｙ Ｏ Ｏ． 并 ９ ５年 提 出 了 一 个 流 体 一 弹 塑 性 模 型 和 基 本 方 破 坏进 行 了试 验 。试 验 表 明 ， 震 动 波 作 用 下 坑 道 围岩 的 破 坏 程 式 。此 外 ， 耕 等 还 开 展 过 二 维 的 地 下 爆 炸 计 算 ， 程 兵 三 在 程 工 具有 准脆 性 的 特性 ， 脆 特 性 主 要 是 由 已 存 在 的材 料 结 构 缺 陷 的 所 采 用 二 维 程 序 开 展 过 触 地 核爆 炸 的 弹 坑 研 究 等 。 准 激 活 和发 展 来 决 定 。裂 纹 起 源点 的数 目与 入 射 波 的 峰 值 成 正 比 。 目前 ， 内公 开 的 地 下 结 构 地 冲 击 响 应 的 数 值 模 拟 研 究 成 果 国 在 地 冲击 作 用 下 ， 大 跨度 的 坑 道 一 方 面 使 得 作 用 在 结 构 上 的 荷 很 少 ， 其 中 大部 分 的 成 果 存 在 于 一 些 论 文 中 ， 们 和 实 际 工 程 较 而 它 载 不 均 匀 性 加 大 ， 加 了 被 覆 结 构 剥 离 破 坏 的 可 能 性 ， 一 方 面 差 别 大 ， 具 体 问题 的 描 述 也 不 够 完 善 ， 常 出现 “ 真 不 真 ” 增 另 对 经 仿 的 增加 了围岩变形和危险结构体坍塌 的可能性 。 现 象。出现这 种现象的主要 原因 ： 方面是软硬件条件和 国外存 一
下 结 构 震 塌 破 坏 问 题 的研 究 。美 国 劳 伦 斯 利 佛 摩 尔 国 家 实 验 室
（ Ｌ Ｌ 对南非某深埋 金矿 岩爆 问题进 行 的数值模 拟 ， 以验证 ＬＮ ） 用 离散元程 序 Ｌ Ｅ Ｄ Ｃ的可靠 性 。图 ２是 ２０ ０ ７年 Ｌ Ｎ Ｌ Ｌ使 用并 行 的 ＬＥ Ｄ Ｃ程序在 巨型计算机上对某地下工程 在地冲击荷 载下破坏形 态的模拟结果 。从这些模拟结果 可以看 出， 数值模 拟方法 在结构
的 今 天 ， 于 抗 触 地 爆 的工 程 防护 能 力 研 究 具 有 重 要 现 实 意 义 。 对 国 家实 验 室 为 配合 地 下核 爆 炸 的 试 验 ， 织 研 究 球 对 称 爆 炸 计算 ， 设计出 了用于地下 核爆炸计 算 的 Ｓ Ｃ一维 程序 ， Ｏ 并对美
