馬立秋 ，張建民，張 武

（1. 清華大學 水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室，北京 100084；2. 中國建筑科學研究院 地基所，北京 100013）

1 引 言

深入研究爆炸作用機制及爆炸與結構的動力響應和破壞機制對防爆抗震具有重要意義。離心模型試驗根據(jù)離心力場和重力場等價的原理，將1/N縮尺模型結構放置于n倍重力加速度場中，使模型和原型相應點的應力-應變達到相同、變形相似、破壞機制相同，從而再現(xiàn)原型特性，在土木工程領域用途十分廣泛，自20世紀30年代來，前蘇聯(lián)、美國等采用離心機進行爆炸荷載相關研究，大多涉及國防機密，見諸雜志的文獻較少，到目前為止，國內(nèi)還沒有進行爆炸離心模型試驗的相關報道，為使這一先進的模擬試驗研究手段能夠在我國廣泛開展，本文從能找到的文獻對爆炸離心模型試驗中較關注的模型箱、爆炸源、離心模型比尺、數(shù)據(jù)采集以及科氏加速度影響等方面進行歸納，對具體研究領域進行總結并對以后的進一步發(fā)展提出了自己的看法。

2 試驗研究進展

2.1 土工離心機發(fā)展歷程

1869年法國工程師Phillips建議橫跨英吉利海峽的鋼橋進行驗證而提出了離心模型試驗設想，但由于當時的條件，這一設想并未變成現(xiàn)實[1]。1931年，美國 Bcuky[2]在哥倫比亞大學將此技術用于礦山模型試驗，但離心機半徑僅為25 cm，因過小而難于定量觀測，所以沒有繼續(xù)使用。1932年前蘇聯(lián)莫斯科水力設計院的波克羅夫斯基和費德羅夫[3]建成了真正實用的土工離心機，進行了一系列模型試驗，對離心模型試驗的相似比、試驗方法等進行了卓有成效的工作，但研究成果涉及國防機密，因此，極少見諸雜志。

20世紀60年代后，英國、日本等國陸續(xù)建造了各種類型的離心機，采用先進的制造工藝以及良好的監(jiān)測設備，形成了幾個比較著名的離心模型試驗中心。如日本的大阪市立大學離心模型研究中心和英國劍橋大學、曼徹斯徹大學和利物浦大學離心模型研究中心。由于在地震問題研究的優(yōu)勢，20世紀80年代后，美國、德國、丹麥、法國、荷蘭、意大利等相繼建立了自己的離心模型試驗基地，使這一技術呈現(xiàn)“百花齊放”的狀態(tài)，同時離心機的容量進一步提高。其中，美國由原宇航試驗中心離心機改建成的國家離心機，半徑為 9.2 m，容量達到1080 g-t。中國在此階段也建造了自己的大型離心模型試驗中心，如水利水電科學研究院450 g-t離心機和南京水利科學研究院400 g-t離心機。黃文熙院士稱離心模型試驗技術是巖土工程學的又一個新的增長點，是物理模擬技術的一個里程碑[4]。

2.2 爆炸離心模型試驗箱

試驗模型箱作為模型的承載體，關系到離心模型試驗成敗，特別是爆炸離心模型試驗，一是必須保證整個箱體結構安全，二是保證模型箱能模擬原型半無限體情況，減少邊界條件影響。為保證模型箱在高速離心場中的結構安全，應先選擇好材質(zhì)，確定壁厚和結構型式，然后進行相應的校驗。在模型箱材質(zhì)選擇上，一般選擇模量和強度都較高的鋁合金或者鋼材，鋁合金的彈性模量約為70 GPa，鋼的彈性模量約為210 GPa。Schmidt[5]在彈坑離心模型試驗中采用了鋼質(zhì)圓形模型箱，Kutter[6]在土與結構相互作用的離心模型試驗采用了0.95 cm壁厚和0.48 cm壁厚的大小2個鋁質(zhì)方形模型箱，Lin等[7]在月壤爆破彈坑離心模擬試驗中分別采用了1.2 cm厚的鋁質(zhì)圓形模型箱和帶“I”型加固梁的鋼質(zhì)方形模型箱，Blanchat等[8]在研究內(nèi)爆條件下地下管道結構響應中采用壁厚2.54 cm的鋁質(zhì)方形模型箱。為便于觀測和錄像爆炸的相應物理過程，也有部分研究者采用1/2模型，Gill等[9]采用一面邊壁透明的模型箱，具體如圖1所示，邊壁材質(zhì)采用丙烯酸澆鑄的樹脂組成。材質(zhì)選擇好后應該進行相應的校驗，保證強度以及變形都在允許范圍之內(nèi)，對于爆炸離心模型試驗而言，必須滿足在預定加速度條件下模型箱內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的靜應力以及爆炸產(chǎn)生的沖擊荷載兩者作用下不會發(fā)生損毀和明顯變形，在此條件下并保留一定的安全系數(shù)。Blanchat等[8]在試驗前對模型箱進行了相應的驗算，確定采用一定型式的“T”梁進行加固，保證了安全系數(shù)達到2以上。

圖1 樣本容器總體圖（左）和細部圖（右）Fig.1 Model box and layout of boundary material

由于爆炸是在模型箱內(nèi)部進行，爆炸波從爆心向外界傳播，遇到邊壁將會產(chǎn)生一定量的反射，這種反射將形成與原型不太一致的波場，由此而形成邊界效應問題，這是爆炸離心模型試驗中很受關注的一點，當然也不能忽視由于邊界摩擦而引起的相關問題。Campell[10]認為，動力離心模型試驗的理想邊界應符合以下幾個條件：（1）符合靜止側壓力狀態(tài)，水平向應力等于 K0σ′v（ K0為靜止側壓力系數(shù)，σ′v為上覆數(shù)值向有效應力），同時不發(fā)生橫向應變；（2）初始邊界靜剪切應力應該為0；（3）邊界應該能夠吸收入射波；（4）平行于邊界傳播的剪切波不受影響；（5）如果需要模擬垂直傳播的剪切波，那么就不允許水平傳播的P波通過容器壁傳入樣品。上面列出的幾個條件只能是理想狀態(tài)，肯定無法同時符合。Cheney等[11]進行了模擬沖擊荷載條件自由場的離心模型試驗，分析了有無“DUXSEAL”邊界材料以及邊界材料一致或“grooved”等不同條件豎直激勵荷載作用下圓形基礎的響應，得出“grooved”的“DUXSEAL”邊界材料效果最好。Campell[10]進行了動力離心模型試驗邊界效應研究，用Duxseal材料作為邊界材料，分析了有無邊界材料與理論解的差別，說明這種材料一定程度能減少波的反射。Lenke等[12]在基礎承受豎直激勵作用的離心模型試驗中證明有邊界材料的方形模型箱更有利于防止波的集中影響。Honda等[13]采用硅樹脂橡膠作為邊界材料，從試驗結果來看此種材料減少邊界效應作用明顯。

2.3 爆炸源

數(shù)爆炸源作為試驗的動力源，關系到試驗成功與否，因此，對動力源的選擇尤為重要。根據(jù)調(diào)研文獻知，炸藥以其效能高而成為最為廣泛采用的動力源。炸藥種類很多，但據(jù)可查閱文獻，國外僅使用過以下幾種類型炸藥，文獻[14]中介紹的采用苦味酸（每一藥包重量350 mg）以及8號電雷管（內(nèi)含1 gTNT和0.5 g雷汞），這是最初的關于爆炸離心模型試驗源的報導，文獻[5－6，15－16]中介紹采用的RP系列的引爆炸藥源，這種炸藥源由美國加州雷諾工業(yè)有限公司生產(chǎn)，其引爆藥成分為泰安(PETN)，主要是在常溫條件下，有比較好的穩(wěn)定性，輸出藥成分為RDX，該類型炸藥的具體圖片如圖2。這種炸藥源的優(yōu)勢在于可以根據(jù)試驗需要在尾部加裝 RDX藥。根據(jù)模擬的原型實際情況，也有采用其他方式作為爆炸源，Allersma[17]在小型土工離心機上模擬彈坑現(xiàn)象一文中采用了高壓氣體作為爆炸源，由于當時采用的離心機沒有液滑環(huán)，固在離心機壁上安裝兩個總體積為 0.01 m3的氣罐，通過遠程計算機控制閥門閉合，實現(xiàn)突加荷載方式，氣流最大速度可達 10 l/s。Whittaker[18]采用土工離心機進行了地下結構受空爆作用下的模擬，為模擬比較均一的空爆荷載，采用特定結構形式，使用突加氣體，效果比較滿意。

圖2 RP系列炸藥示意圖Fig.2 Principle sketch of series RP data collecting card

2.4 離心模型比尺

土工離心機的最大優(yōu)勢在于能模擬原型應力條件，土工離心模型比尺一般可以通過量綱分析或者場控制方程得到。對于離心模型試驗的一般比尺關系，很多資料[5,19]都有說明，表1列出了常用的比尺關系。

表1 離心模型比尺（N為離心加速度）Table 1 Centrifugal model scale (N：acceleration)

在這里強調(diào)的一點是能量比尺，波克羅夫斯基[14]認為，埋設在土壤或者其他介質(zhì)中的爆炸能量轉換過程如下：以熱能形式為主導的炸藥能量，絕大部分轉變?yōu)闄C械能，并完成使結構物材料或土壤破壞、物體碎塊的位移以及使結構物或土壤變形所做的功，其余部分能量將和爆炸氣體一起逸散到空氣中，因此，他根據(jù)熱力學定律進行了相似關系的推導。Schimdt和 Holsapple[5]認為，在離心模型試驗中，炸藥的化學能轉化為動能的比例與在原型中相同或者相近，根據(jù)滿足質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒條件的場方程進行了推導，得出爆炸離心試驗能量比尺為1/N3（N為幾何比尺），Walsh[20]根據(jù)爆炸過程的應力參數(shù)研究的量綱分析，也得出離心模型試驗的能量比尺關系為上。這樣對于 1克炸藥量在100 g離心模型環(huán)境下，相當于原型1 t的炸藥，采用此類試驗可以大大降低原型試驗費用。

2.5 數(shù)據(jù)采集

爆轟過程在微秒內(nèi)完成，爆炸波與結構的相互作用也只有幾百毫秒，因此，爆炸離心模型試驗對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求較高，系統(tǒng)的主要功能是必須以1 M/s的采集頻率從高速旋轉的離心機中準確、及時采集、傳輸和記錄試驗數(shù)據(jù)。其基本過程為數(shù)據(jù)采集、調(diào)理、放大、傳輸和記錄。Kutter[6]等在爆炸荷載對隧洞影響的離心模型試驗中采用的數(shù)據(jù)采集頻率為66 500點/秒，通道數(shù)為3個，Whittaker[18]的爆炸離心模型試驗中采用的是頻率為20 khz的磁帶記錄器，Tabatabai[16]在地下結構承受爆炸荷載的離心模型試驗中采用的Nicolet 4094和2090型數(shù)據(jù)采集儀，采樣率可根據(jù)傳感器的不同分別選擇，壓力傳感器采用1 MHz，應變計和加速度計采用的是200 kHz，Walsh[20]在非飽和砂土中應力波傳播的試驗中采樣率也達到了1 MHz，通道數(shù)為16個。從上可以看出，數(shù)據(jù)采集的頻率隨著電子技術的發(fā)展逐步走向成熟，現(xiàn)今的高速數(shù)據(jù)采集卡的頻率可達每秒數(shù)百兆。早期的數(shù)據(jù)傳輸方式為接觸式滑環(huán)模擬信號傳輸，但這種傳輸方式因碳刷接觸點的不穩(wěn)定而容易在數(shù)據(jù)傳輸中引入噪音，數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，目前數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹髁鳛閿?shù)字傳輸方式，因其采用非接觸式的光纖滑環(huán)，克服了上述缺點，由于網(wǎng)絡的發(fā)展，現(xiàn)在可以利用局域網(wǎng)通過控制室內(nèi)的主機命令位于在離心機壁上的下位機進行相關數(shù)據(jù)存儲，直接存儲在下位機硬盤中而不需要滑環(huán)進行大批量數(shù)據(jù)傳輸，減少了不必要的傳輸損失[21－22]。

變形也是爆炸離心模型試驗的主要測量內(nèi)容之一。對于變形量測，主要采用高速攝像系統(tǒng)進行拍照和攝像。為拍攝爆炸成坑過程，照相機的頻率必須達到1 M/s。Schmidt和Holsapple[23]在研究爆炸和沖擊離心模型彈坑中采用Fastax II型旋轉棱式電影攝像機，通過特殊處理，幀率達到13 000張每秒，在1 g普通重力場中采用了超高速的Barr和Stroud電影攝像機，幀率達到14 000張每秒。Gill等[9]在爆炸形成彈坑的半空間模擬中采用磁帶錄像技術，此系統(tǒng)幀率范圍為50 000～1 000 000張每秒，但由于特殊情況每個試驗過程中只能記錄8幀，所以建立單個彈坑的位移歷程需要幾個類似試驗。

2.6 科氏加速度影響

對于一個處于旋轉運動系統(tǒng)中的物體，若物體相對于旋轉體有相對運動，則相對于旋轉系統(tǒng)而言，物體將產(chǎn)生一個附加的加速度——科氏加速度。如圖3所示，可以通過相關推導得到物體的切向和徑向加速度的表達式：

圖3 模型的整體坐標和局部坐標Fig.3 Global coordinate and local coordinate of model

式中：R旋轉半徑；ω旋轉角速度θ與x軸夾角。

（1）右邊第1項表征了徑向速度對切向加速度的影響，即科氏加速度。

爆炸過程極其迅速，介質(zhì)將會產(chǎn)生很高的飛散速度，其值可能與飛行中離心機掛籃處的速度同數(shù)量級，這樣對結果將產(chǎn)生一定的影響。關于科氏加速度問題，很多研究者進行過研究。Schofield[24]建議，動力離心模型試驗中當dR /d t≤ 0.05ωR時，科氏效應引起的附加切向加速度小于10%。波克洛夫斯基和費得洛夫[14]研究表明，當dR/dt在 0.05ωR和2ωR之間時，對結果影響較大，當dR/dt＞2ωR時，科氏加速度基本無影響。Schmdit和Housapple[5]在砂性土離心模型彈坑研究中發(fā)現(xiàn)，在表面爆破條件下彈坑的形成和拋出物形態(tài)是很對稱的，不受科氏加速度影響；Kutter[6]在爆炸荷載對地下隧洞影響研究中發(fā)現(xiàn)，對于炸藥在一定埋深條件下砂性土試驗的明顯彈坑在離心機旋轉方向上具有顯著不對稱性，但在垂直于離心機旋轉方向的明顯彈坑對稱，他將這種現(xiàn)象歸因于科氏效應和隧洞存在；Schmidt[25]和 Steedman[26]分析離心機彈坑拋出物的科氏效應，認為顆粒飛行是顆粒拋出角和顆粒速度的函數(shù)。Schmidt[25]認為，科氏加速度縮短了飛出顆粒朝離心機運轉方向的彈射范圍，加長了背向離心機運轉方向的彈射范圍，而在彈坑內(nèi)部，拋出物明顯集中在背向離心機運轉方向上，這樣造成了明顯不對稱彈坑特征；Schmidt[25]在干的Flintshot砂中觀察到明顯不對稱彈坑，其中典型的彈射角度范圍為40°～45°之間，科氏效應隨彈射角的增大而明顯，然而在55°～60°之間，科氏效應反而不明顯；Ling[7]在月壤彈坑模擬離心模型試驗中也發(fā)現(xiàn)彈坑的形狀和拋出物較對稱，科氏加速度對試驗結果基本無影響。Gill[9]在半空間彈坑模擬中采用輪廓儀進行彈坑的剖面測量，發(fā)現(xiàn)在表面爆破條件下沿離心機轉動方向彈坑形狀和拋出物形態(tài)很對稱，科氏加速度對結果無影響；Brownell[27]在非飽和砂土的爆炸離心模型試驗中發(fā)現(xiàn)彈坑拋出回落物和彈坑形狀在離心機旋轉方向上都有明顯的不對稱性，認為科氏效應不光對拋出回落物有影響，且對彈坑形狀也有影響。馬立秋等[28]在黏性土爆炸成坑離心模型試驗過程中發(fā)現(xiàn)爆炸彈坑在離心機旋轉方向上拋出物質(zhì)量明顯不對稱，而彈坑的輪廓基本對稱，認為科氏加速度對彈坑的形成過程無影響，而對拋出物的形態(tài)分布有影響。

3 研究領域及相關研究成果

早期的爆炸離心模型試驗中，爆炸彈坑的研究占絕對優(yōu)勢，隨著電子技術和精密儀器的飛速發(fā)展，微型傳感器的制作以及數(shù)據(jù)采集不再成為難點，爆炸離心模型試驗的研究范圍有了實質(zhì)性突破，研究內(nèi)容有爆炸波在介質(zhì)中傳播問題、爆炸荷載作用下土與結構相互作用和爆炸隔振問題等。

3.1 彈坑研究

20世紀30年代開始，前蘇聯(lián)波克羅夫斯基和費德羅夫等[14]進行了一系列離心機彈坑研究，從能獲取的文獻看，他們主要的工作是確定爆炸離心模型比尺，驗證爆炸彈坑經(jīng)驗公式，研究爆破效率計算，利用爆炸模型試驗模擬原子彈爆炸等，這部分研究成果大多數(shù)未能公布于眾。由于受前蘇聯(lián)和英國等國家的影響，20世紀70年代末美國開始大量使用離心機進行研究，波音航空公司的Schmidt和Housapple[29－32]等對爆炸彈坑進行了一系列研究，研究主要對象是干砂，采用量綱分析原理進行了相似比尺的推導，研究了爆炸彈坑的機制和相關影響因素，建立了點源參數(shù)模型，將爆炸離心模型試驗推向了一個新臺階，同時也進行過原子彈爆炸模擬。Brownwell等[33]進行了飽和度對在干砂中爆炸產(chǎn)生彈坑影響的離心模型試驗，研究表明，飽和度對彈坑面率（半徑與深度之比）有一定影響，比例明顯彈坑體積、深度、直徑在 0～20%飽和度范圍內(nèi)隨飽和度增加而增加，在20%～70%之間，上述數(shù)值基本不改變。1988年、1991年、1994年三屆離心機國際會議上都出現(xiàn)了彈坑研究方面的文章，研究內(nèi)容逐步由干砂過渡到飽和砂、非飽和砂，為便于機制研究對試驗手段進行了相關改進，得到了有價值的成果。

3.2 爆炸沖擊波傳播研究

波克洛夫斯基和列夫申斯基[14]在全蘇給水排水水工建筑物及工程水文地質(zhì)科學研究所進行了砂土和濕度18%黏土的爆炸壓力分布研究，由于當時條件所限，只能利用比較簡單的測力計多次試驗得到整個土層的應力分布，得到了一些定性規(guī)律：水飽和砂中爆破產(chǎn)生的應力大大超過干砂應力、爆炸應力沿水平方向和豎直方向衰減系數(shù)不一致等。Nielsen[34]進行了干砂中有無遮彈層情況下爆炸應力傳播的離心模型試驗，采用特殊的碳質(zhì)薄膜應力計測量壓力，無遮彈層情況應力大小和衰減系數(shù)比較符合經(jīng)驗公式，有遮彈層情況由于波的反射等作用而比較紊亂，證明了離心機研究爆炸波的傳播可行。Davis等[35－36]進行了地下結構的爆炸離心模型試驗研究，涉及到應力波的傳播，砂性土中波的衰減與 TM5-855-1相符，而黏性土波動范圍較大，Walsh等[20]進行了非飽和砂的應力波傳播的爆炸離心模型試驗，飽和度對應力幅值衰減系數(shù)有一定影響，在爆炸比例距離為1的情形下，峰值應力和峰值加速度截距在飽和度為0和53%時最小，峰值速度截距在飽和度為 0和 70%時最小，在飽和度為35%時最大。Charlie等[37]對爆炸引起的應力波傳播和衰減進行了原型試驗和離心模型試驗對比，對飽和度和含水率因素進行了分析，原型和離心模型試驗結果類似，峰值顆粒速度、峰值應力、峰值比例加速度為飽和度的相關函數(shù)，在飽和度為0時，上述數(shù)值最小，離心模型試驗中飽和度為13%時，幅值衰減系數(shù)最小，而原型試驗是在飽和度為20%時最小，對全部的原型試驗和大部分的離心模型試驗中，最高的幅值衰減系數(shù)發(fā)生在飽和度為0和60%，總體來說，幅值衰減系數(shù)隨地震波速增加而減小。

3.3 爆炸下土與結構相互作用研究

Kutter等[15]進行了地下隧道的爆炸離心模型試驗研究，進行了1、50、100 g 3種不同加速度條件下試驗，驗證了離心模型比尺，探討了在爆炸荷載作用下重力效應，得到了在高加速度場條件下爆炸引起的隧道初始脈沖受重力影響小，一定量炸藥條件下彈坑的形成受重力影響，由于數(shù)據(jù)采集原因，總體結論有待進一步證明。Whittaker[18]進行了空爆條件下土與地下結構物相互作用的離心模型試驗，研究了不同加速度條件、空爆荷載強度、砂土相對密實度、結構物埋藏深度以及土與結構物的相對剛度等參數(shù)影響規(guī)律，試驗結果論證了在爆炸條件下重力的重要作用，驗證了動應力計和接觸應力計的合理性，砂的相對密實度在20%變化范圍內(nèi)對接觸應力影響很小。Tabatabai等[16]進行了地下結構物承受爆炸荷載作用的離心模型試驗，設計了包括PVDF壓力傳感器、應變計和加速度計在內(nèi)的一套有效的采集系統(tǒng)，進行了1/60和1/82兩種小比尺試驗，與1 g條件試驗相比，高加速度場中到達結構上的波的時間更短，峰值壓力也更大，驗證了在土與結構相互作用問題中重力有重要作用。Kutter等[6]進行了土與結構相互作用的爆炸離心模型試驗研究，結構采用柔性隧洞，建議模型比尺驗證需要采用大型離心機進行，在爆炸近區(qū)由爆炸引起的地沖擊加速度在一定程度上不受重力引起的圍壓的影響，重力產(chǎn)生的靜壓對彈坑的幾何尺寸有一定影響，當柔性結構物處于彈坑內(nèi)或者彈坑邊緣，隧洞產(chǎn)生明顯破壞，推斷彈坑與隧洞之間土運動產(chǎn)生的慣性作用起主導作用，而爆炸產(chǎn)生的沖擊波影響小，因此，明顯彈坑與結構物之間的距離是控制因素。Steedman等[26]進行了樁基礎承受爆炸荷作用試驗，測量了粘貼在樁上的應變響應時程，通過應變求出樁身彎矩，通過不同深度處樁的彎矩時程可以明顯反映出爆炸引起的土的流動特性，通過不同時刻樁身彎矩可以明顯反映樁土相互作用特性。Lee等[38]進行了飽和砂土中的地下結構物爆炸離心模型試驗，探討了爆炸條件飽和砂的離心模型比尺，認為在模擬地沖擊波傳播過程不需要增加液體黏滯性，當模型尺寸較大和墻壁較“柔”時，墻邊緣處的動土壓力明顯減小，分布不太均勻，而當模型較小時，邊墻上的動土壓力分布較一致，經(jīng)過一系列試驗后，其中一個模型發(fā)生破壞但，不是損毀性的，這可能是強剪脹性土在不排水剪切作用下發(fā)生應力轉移而使結構承載能力提高。Blanchat[8]等在桑地亞國家離心模型實驗室進行了管道內(nèi)爆炸模型試驗，模型試驗數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結果進行對比，結果很吻合。Anirban等[39－42]進行了地表爆破下管線、隧洞等地下結構物的離心模型試驗研究，結構物采用銅質(zhì)空心圓柱體，通過測量結構物上的應變反映爆炸效應，結構物和地表面間的填充物性質(zhì)決定了表面爆破下結構物上的荷載值，當結構物上覆蓋層越厚，一定量炸藥條件下結構反應越小，采用土工泡沫材料有利于吸收爆炸波能，減少結構物響應峰值。

3.4 爆炸隔震研究

英國Wales大學的Davies等[35－36]通過一系列離心模型試驗研究了使用屏障保護地下結構免受地下爆炸沖擊波影響的可行性。使用應變計與加速度計的試驗結果，將無屏障結構對荷載的反應與各種屏障下的反應進行比較，評估各種屏障的有效性，低阻抗材料組成的屏障對衰減傳播的應力波和減少結構物上的沖擊荷載峰值很有效。

總體來說，經(jīng)過這么多年的發(fā)展，爆炸離心模型試驗取得了一系列成果，但開展還不夠充分，研究范圍和廣度有待進一步擴展。

4 展 望

爆炸離心模型試驗涉及到巖土力學、爆炸力學、機械工程、精密儀器、結構工程、理論力學等多學科，雖然國外研究者對爆炸離心模型試驗進行了廣泛研究，但是對其中有些問題仍需要繼續(xù)進行研究。

（1）模型箱設計問題。為模擬更多實際真實原型，模型箱必須進行設計，如模擬爆炸荷載對地上建筑物影響，必須采取防風等相應措施；目前的邊界效應處理問題基本上處于定性階段，沒有定量指標描述，為更真實反應原型情況，必須對邊界效應定量化。

（2）爆炸離心模型能量比尺問題。公認的能量比尺為1/N3，但到目前為止還沒有能做到精確的確認，很多學者進行過“模型的模擬”試驗，但這些試驗之間有一定的差別，如包裹炸藥的殼厚度不相同、不同加速度場條件炸藥的化學能轉變成其他形式的能量的比例不一定相同，因此，須采取更精確的方法確認能量比尺。

（3）炸藥源問題。由于能量比尺關系，對原型大當量炸藥進行模擬時，離心場環(huán)境中需采用微型炸藥，如何制作微型炸藥并保證其性能穩(wěn)定是一個較關鍵問題，因此，須進行專項研究。

（4）量測設備問題?，F(xiàn)在的傳感器設備已經(jīng)向微型化發(fā)展，但經(jīng)離心比尺放大后仍然與原型情況相差較遠，如何保證傳感器設備與介質(zhì)不發(fā)生相互作用，仍需進行深入研究。

（5）爆炸研究領域問題。已有的研究大多基于砂性土，對黏性土的研究較少；現(xiàn)實中應結合城市生命線工程、水庫大壩等重要建筑物進行研究，確定這些結構物的動態(tài)響應，破壞機制和模式，建立相應的防爆體系，為現(xiàn)有結構物提供抗爆加固措施以及為將要建設的結構物提供抗爆設計。

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