[发明专利]一种测量土中爆炸地冲击方法

说明书

本发明公开了一种测量土中爆炸地冲击方法，实现该方法的装置主要由泡沫混凝土和加速度传感器组成，此装置能够准确地测量出地下爆炸后土体的运动情况。装置中的泡沫混凝土波阻抗与所测土体波阻抗相同，加速度传感器固定在泡沫混凝土块中，则加速度传感器所测数据即土体的加速度，根据土体自由场压强，土体波阻抗与土体速度的关系即可得出土中自由场的压强。运用该装置所测得的实验数据可为地下结构的设计提供一定的参考意义。

技术领域

本发明属于结构试验技术领域，具体涉及一种利用泡沫混凝土和加速度传感器组合装置来精确测量地下爆炸后土壤的振动情况。

背景技术

随着社会生产力的发展，和平与发展已经成为当今时代的主题，但恐怖主义仍然存在，国际上的一些和平问题仍未解决，爆炸防护领域的发展在社会进步中仍占有举足轻重的位置。相比于地上建筑结构，地下建筑为重要仪器和人员提供了更加安全的场所。然而，随着钻地武器的发展，地下建筑的优势也在逐渐减弱。钻地武器可以让爆炸发生在地下任何位置，甚至是地下结构的底部。钻地武器除了直接作用在地下结构上，对结构造成损伤以外，还可以通过土体间接作用在结构上。爆炸冲击波通过土体传到结构上的方式称为地冲击。当地冲击的强度达到一定时，将会对结构及其内部的仪器和人员造成较大的伤害。当设计地下结构时，考虑地冲击作用是必要的。只有实验中精确地测量出地冲击下自由场的压力时程，为地下结构的设计提供可靠的依据，才能设计出更加合理有效的防护方案，在最大程度上减轻地冲击对地下结构的伤害作用。

地下爆炸作用时，土中自由场的压力可表示为：

P_s＝ρ_sc_sv_s(1)

P_s表示土中自由场压力，ρ_s表示土壤密度，c_s表示地冲击在土壤中传播的速度，v_s表示土颗粒的速度。对于特定的土，ρ_s，c_s很容易能够测得，但利用传统方法测量土颗粒的速度时，精度不够。保证传感器与土颗粒同步运动是精确测量土颗粒速度的前提，当测量介质为坚硬的物质(岩石)时，只要将加速度传感器与被测介质连接在一起，即可保证两者同步运动；但当被测物质为散体(土壤，沙子)时，加速度传感器与被测物质无法连接到一起，无法实现两者的同步运动。传统的方法是将加速度传感器直接放到土中来测量土颗粒，测出的数据可靠性不高。

发明内容

针对加速度传感器无法与土壤颗粒发生同步运动的问题，本发明将利用泡沫混凝土材料和加速度传感器，制作一种测量土中爆炸地冲击的改进装置，为地冲击的测量问题提供理论指导和技术支持。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案包括如下三个步骤：

1)利用传统的方法测出土壤的密度ρ_s和波速c_s，得出土壤材料的波阻抗ρ_sc_s。

2)计算一种密度的泡沫混凝土使其波阻抗ρ_fc_f与土壤的波阻抗ρ_sc_s相同。则泡沫混凝土的速度时程与土体颗粒的速度时程相同，其原理如下：

其中，ρ_f和c_f为泡沫混凝土材料的密度和波速，泡沫混凝土材料的波速是密度的单调函数。所以，无论土体的波阻抗是多少，一定存在某个密度的泡沫混凝土使得两种材料的波阻抗材料相同，即：

ρ_fc_f(ρ_f)＝ρ_sc_s(2)

如图1所示，当爆炸波从土体中传入泡沫混凝土时，反射和透射压力强度为：