水下爆炸(理论)教材课件.ppt

1、l水下爆炸的基本现象和基本原理水下爆炸的基本现象和基本原理 l水中冲击波物理参数工程计算水中冲击波物理参数工程计算 l爆炸处理水下软地基爆炸处理水下软地基 l水压爆破拆除水压爆破拆除 l水中爆炸的爆破器材及起爆方法水中爆炸的爆破器材及起爆方法 l水下爆炸的安全防护技术水下爆炸的安全防护技术 特种爆炸技术水下爆炸技术 水下爆炸分类：基于装药和待爆介质之间的位置关系，水下爆炸可分为接触爆炸和非接触爆炸。接触爆炸：是以水介质为包覆或覆盖介质，炸药和待爆介质直接在界面处进行波的传播和能量交换；受水流和水压等因素影响，因此，打眼、装药和起爆都比较困难；对介质的破坏规律与常规爆炸技术基本相同，但爆生气体作

2、用时间有所增长。水下非接触爆炸：大多指的是以水为传压介质的爆炸。水为传压介质是因为水的可压缩性较小，所消耗的变形能很少，传压效果好，而且使用方便、便宜。这种非接触爆炸又可分为有限水域和无限水域两种。2007.092008.014.1水下爆炸的基本现象和基本原理水下爆炸的基本现象和基本原理 药包在水中起爆，炸药爆轰后首先在炸药内传播爆轰波。当爆轰波传到炸药和水的界面时，在水中形成冲击波。水中冲击波初始压力比爆轰波的压力约小3035%。爆炸产物向外膨胀，将能量传递给水，水再将能量传递给待爆介质。4.1.1水中冲击波的传播水中冲击波的传播 1.在药包附近的冲击波传播速度比水中的声速（约为1500m/

3、s）要大数倍。2.水中冲击波压力随传播距离而减小。3.压力波波长随传播距离而增长。水下爆炸的基本现象和基本原理水下爆炸的基本现象和基本原理mtePPmm 指数衰变的时间常数。气团脉动时，水中将形成稀疏波和压力波。稀疏波的产生与每一次气团压力达到最大值相应，而压力波的产生则与每一次的压力最小值相应。在深水里，气团第一次脉动所引起的最大压力不超过冲击波压力的1020%。气团脉动的周期为毫秒量级以上。4.1.2 爆炸产物的高压气团脉动过程爆炸产物的高压气团脉动过程 反射波对气团的作用使它发生变形，气团形状可能显著地不同于反射波对气团的作用使它发生变形，气团形状可能显著地不同于球形，特别是当爆炸发生在

4、靠近表面时变形更甚。在具有自由表面的球形，特别是当爆炸发生在靠近表面时变形更甚。在具有自由表面的有限水域条件下，还显著地表现出气团的上浮性和爆生有限水域条件下，还显著地表现出气团的上浮性和爆生“喷泉喷泉”。气。气团不再是静止的，它一方面脉动，同时还朝着自由表面移动。当装药团不再是静止的，它一方面脉动，同时还朝着自由表面移动。当装药在足够深的水中爆炸时，气泡在到达自由面之前就被分散和溶解，这在足够深的水中爆炸时，气泡在到达自由面之前就被分散和溶解，这时水面上就没有喷泉出现。时水面上就没有喷泉出现。4.1.3 反射波对气团的作用反射波对气团的作用水底爆炸：水底爆炸：如同装药在地面爆炸一样，将使水中

5、冲击波的压力增高。对如同装药在地面爆炸一样，将使水中冲击波的压力增高。对绝对刚体的水底，相当于绝对刚体的水底，相当于2倍装药量的爆炸作用。实验表明，对砂质黏土倍装药量的爆炸作用。实验表明，对砂质黏土的水底，冲击波压力增加约的水底，冲击波压力增加约10%，冲量增加约，冲量增加约23%。水中障碍物：水中障碍物：它对气泡的运动影响很大。气泡膨胀时，近障碍物处的它对气泡的运动影响很大。气泡膨胀时，近障碍物处的水的径向运动受到阻碍，气泡有些离开障碍物的现象；但是，当气泡不水的径向运动受到阻碍，气泡有些离开障碍物的现象；但是，当气泡不大时，气泡内腔处于正压的周期不长，这种效应并不显著。当气泡受压大时，气泡

6、内腔处于正压的周期不长，这种效应并不显著。当气泡受压缩时，近障碍物处的水的流动受阻，而其他方向的水径向聚合流动速度缩时，近障碍物处的水的流动受阻，而其他方向的水径向聚合流动速度很大，因此气泡朝着障碍物方向运动，即气泡像是被引向障碍物。再一很大，因此气泡朝着障碍物方向运动，即气泡像是被引向障碍物。再一次脉动时，就可能对障碍物作用引起破坏。次脉动时，就可能对障碍物作用引起破坏。在大规模水下工程爆破时，有时还会形成大量的岩块或土体以滑坡形式突然倾入水域中，造成巨大涌浪，当遇到港工或水工建筑物时，涌浪前进方向受到阻挡，引起附加水压力，并有可能翻过建筑物顶部向下游宣泄，造成事故。在水下工程爆破特别是水底

7、大药量爆破时，将会产生强烈的地震波，受水介质影响，地震波的衰减较陆地慢，因此水下爆破地震效应比陆地同量级的岩土爆破要大，地震震动影响范围比陆地要大，因此在水下爆破工程设计中要进行防地震效应的设计计算。反射波对气团的作用反射波对气团的作用水下冲击波峰值压力公式为：4.2 水中冲击波物理参数工程计算水中冲击波物理参数工程计算 RKPm3/1 在距爆源足够远处，对100MPa的水中弱冲击波，符合声学近似规律，此时水中冲击波超压随距离呈线性衰减，即RRPPPPmm00 当水中爆炸的药包中心处水深小于7倍药包半径r时，爆炸能量通过水面向空气中耗散，水中冲击波峰值压力明显减小，可用下式计算：RrHKPm3

8、/118.007rhrH/3.0/6.013.10 水中冲击波通过后，压力随时间变化关系呈指数衰减规律，这一规律曲线可表示为 水中冲击波物理参数工程计算水中冲击波物理参数工程计算tmePtP)(为衰减时间常数，定义为从Pm衰减到Pm/e所需时间(ms)。由实测波形数据归纳出经验公式为 Rk3/131在水中爆炸的规则反射区，冲击波的持续时间为 cRhH02在水中爆炸非规则反射区，冲击波的持续时间为 02.1HHcrh 由于淤泥强度很低，不能承载，在其上的构筑物易遭受滑坡破坏；这些事故多发生在未处理地基直接抛填石料所致；因此，淤泥地基必须加以处理。4.3.1 爆炸与淤泥爆炸与淤泥 实验表明：在淤泥

9、中爆炸的冲击波传播规律，和水中爆炸很相似，满足几何相似律。经过数学拟合，整理后公式如下 4.3 爆炸处理水下软地基爆炸处理水下软地基 12.03685.0361061050RQRQP2007.092008.01 从公式看出，淤泥中冲击波压力峰值与水下爆炸压力相比，规律基本相似，但峰值较低。淤泥的一个重要特性是粘性，粘性力随应变率增加而加大，根据实验，粘性力与应变率呈非线性幂指数的关系，并可表达如下 f 在爆炸条件下，粘性力只有68KPa，相对于冲击波强度而言，淤泥的粘性是可以忽略的，即使在这种情况下，粘性力也小于淤泥的剪切强度，因此淤泥的爆炸特性与水相似。(1)淤泥与土岩介质不同，爆炸空腔不产

10、生裂缝，具有流体特点。(2)鼓包形状可以发展得很尖，具有光滑的表面，在顶点附近产生小孔破裂。鼓包破坏范围较大，这种现象也是流体的特点，其破裂可看成一种流体局部变薄所致。在炸药附近，没有压缩圈。(3)可见爆坑漏斗很小，这是由于除去飞出淤泥回落爆坑以外，还由于淤泥流动性很大,爆坑四周的淤泥由于重力的影响也往坑内回淤。(4)鼓包和爆坑基本满足几何相似律。2007.092008.014.3.2 爆炸排淤填石法与机理研究爆炸排淤填石法与机理研究 爆炸处理水下软基采用置换法，即用爆炸方法开沟，抛填堆石的工艺。爆炸排淤填石法实际上是一种瞬态置换法。在大厚度淤泥的工程实践中，当炸药埋深达不到要求时，起爆后，爆

11、坑底部尚有一层淤泥，通过实践检测石舌并不到底。随后抛石体也可能不落底，但是爆炸排淤填石法是一个堤头反复循环爆炸排淤的过程。爆炸能量可引起堆石体下地基的振动，根据目前测量，每次振动加速度约20g，周期为0.050.ls，经过每次这样的振动都可将一部分淤泥从侧向挤出。从海军防波堤的最后检测看，堆石体都能基本落底。4.3.3 爆夯法及机理研究爆夯法及机理研究 爆夯施工时，将炸药置在已堆好的堆石体或其上一定挂高处。堆石体下为一定深度的淤泥，淤泥层的下底与海底粘土层相连接。为了使堆石体保持平面整体向淤泥中运动，在爆夯时，常用平面布药，即采用点阵式等距离方式布置药包。为了充分利用炸药的能量，均在药包上有一

12、定深度的覆盖水情况下起爆，爆前装置如图 在爆炸载荷作用下，石块之间引起错位，使空隙率减少，另一方面爆炸作用使整个堆石体向淤泥中运动，将淤泥从堆石体外泥面挤出，钻探结果表明，只有一小部分淤泥挤入堆石体的空隙内，因而总的爆炸能量看来主要用于侧向挤淤。模拟试验曲线表明，爆夯下沉运动有一个很短的加速过程，此后有一较长时间近似匀速过程，最后减速至终止。经过分析，爆炸产物初始压力很高并伴有冲击波，因而淤泥运动有一加速过程。当爆炸气团迅速膨胀，其压力随之降低，当低至和淤泥的强度和阻力相当时，就出现一个近似匀速的过程。这时气团压力较低，淤泥的质量大；因而有一个比较长时间的匀速过程。随后，爆炸气团浮出水面或逸出

13、，堆石体在淤泥强度和阻力作用逐渐减速至零。从实验中注意到，在同样炸药量，堆石体厚度不变情况下，下沉量和L/H 有关，L是堆石体的宽度，H是淤泥的深度。L/H值很小时，堆石体较易下沉；当L/H很大时，堆石体下沉量很小。因此爆夯通常要经过几次爆炸才能达到要求，一般不易将所有淤泥挤出。这种情况不难理解，因为L/H小时，淤泥侧向逸出路径短，阻力当然也就愈小，爆夯可使堆石体密实，这有很大的工程意义。4.3.4 堤下爆炸挤淤施工方法及其机理研究堤下爆炸挤淤施工方法及其机理研究 堤下爆炸挤淤法是将条形药包(或多个集中药包)埋在堆石体下淤泥中或淤泥表面上的一种施工方法。在堆石体上有覆盖水，有时也无覆盖水。其结

14、构如图。炸药引爆后，爆炸压力将淤泥从堆石体下淤泥面挤出，随后堆石体在重力作用下落至被挤出的淤泥空间。这样施工方法的优点是爆炸能量得到比较充分的利用，但装药较为复杂，安全问题比较突出，需要进一步研究。为了阐明机理，进行了X光和高速摄影试验，这些试验都是在爆炸箱中进行的。X光试验照片说明了爆炸挤淤过程。在试验药量条件下，爆炸空腔初始有一个加速过程，最大速度为27.0m/s，空腔膨胀运动时间很短。爆炸空腔位移与时间的试验曲线如图。高速摄影表明，堆石体有一上升的运动过程，然后自由落体落至空腔内。由以上试验和现场观察得如下结论：炸药引爆以后，冲击波在淤泥和堆石体中传播；淤泥面上没有覆盖水时，冲击波传至堆

15、石体上表面，将反射一拉伸波；由于堆石体是一个散体，堆石体上部分石块将以一定速度往上运动，带走冲击波的能量。堆石体由于有较大质量，在爆炸气圈继续推动下有不大的上升位移。实践证实只有少量石块飞出，部分落回至堆石体上，其余散落在淤泥面上。当淤泥面上有覆盖水时，冲击波将传入水中，在水表面反射为拉伸波，使水的上层部分往外飞出，而整个堆石体基本无飞散的现象，只有向上作整体运动。爆炸压力将淤泥挤出堆石体外后，堆石体便回落到爆炸空腔内而形成所设计要求的堤。下落后，堆石体的形态基本保持原在淤泥面堆石体的形状。用这样施工方法筑堤，单位耗药量很低，能充分利用炸药的能量；利用这种施工方法的前提是，抛石体在淤泥面上能保

16、持稳定而不致于滑动，而且预埋炸药在施工上可以实现并确保安全。4.3.5 爆炸处理海淤软基的模型律爆炸处理海淤软基的模型律 在岩土性质、炸药性质(包括品种、初始密度)保持不变，而仅仅改变药包尺寸或最小抵抗线的条件下，在单药包条件下 WQfn31 在群药包条件下，Q、W不一样，这时就应考虑其他药包的作用，这时 213,nnfWQ 几何相似律还给出岩土的特征运动速度V，特征加速度G，特征时间T 的表达式。2131,nnWQhVv2131,1nnWQhWGG2131,nnWQWhTT 在漏斗形成过程中，重力加速度g的影响一般可以忽略，这是因为通常1/gWhgGG 上述规律可应用于爆炸处理水下软基。爆夯

17、、堤下爆炸挤淤都可以认为是以初期运动为主的，而爆炸排淤填石则可以认为包含在时间上分离的两个阶段。初期运动，在忽略重力和粘性的条件下，几何相似律应成立。因此 或 或 21,/nnfWDWQn/3/11Wqn/1Wsn/211 因此对于爆夯和堤下爆炸挤淤，只要保持其它几何条件及所有物理条件(如炸药品种、炸药密度、土质等)不变，就有 WsfWD21WqfWD/从上注意到，如果变形阻力基本上不随D变化，则D正比于变形功。容易证明，如果炸药量的利用率是常数(不依几何尺寸变化)，即变形功正比于药量，则有 21sD qD 对于爆炸排淤填石，除了形成漏斗这个初期过程外，还必须考虑堤头塌落和石舌形成这个后续过程

18、，才能确定每次爆炸的进尺量。正如前面所阐述“石舌”的形成，在爆炸压力和位势差的作用下，堤本身形成泥石流进入坑底。这时，非平衡的推动力正比于 ，变形阻力正比于 ，所以其合力正比于 ，因为是在重力作用下，所以运动时间正比于 。另外，参与运动的总质量正比于 。因此根据牛顿第二定律。堤头塌落的特征长度，例如，以石舌长度P为表征，有2gW2gW2gW2/1gW2WWgWWgWP22/122 这一结果表明，在重力作用下的后期运动，也是服从几何相似律的。既然前期与后期都满足几何相似律，那么整个过程便是几何相似的，因此前面所叙述的药量公式对爆炸排淤填石也是适用的。在变形功正比于变形体积的条件下，根据能量准则，

19、又有4.3.6 爆炸处理软地基的爆破震动爆炸处理软地基的爆破震动constPHqRQKV3/12007.092008.01 水压爆破就是将炸药包置于受约束的有限水域中，利用爆炸所产生的水压来破碎结构物的一种控制爆破技术。它也是一种特殊的非耦合装药爆破。它一般可分为开口式和封闭式两类。水压爆破的特点有：（1）水的可压缩性比空气小，能量传递效率高。（2）水对爆炸冲击具有缓冲作用，能增进介质破碎均匀，降低飞石和粉岩率，有利于保护围岩和边坡稳定。（3）水压爆破涉及的是有限水域，这点与水下处理软地基正好相反。水压爆破有以下优点：无须钻孔，药包个数很少，爆破能量传递效率高，安全性好，爆破地震，碎块飞散等危

20、害小，其缺点是:水压控制爆破对药包及起爆器材的防水要求高；容积大的结构物注水时间长，有孔洞或门窗时，堵水作业较困难。4.4 水压爆破拆除水压爆破拆除4.4.1 药量的计算药量的计算 (1)考虑注水体积的经验公式考虑注水体积的经验公式单药包药量计算式单药包药量计算式 多药包炸药量计算式多药包炸药量计算式(2)考虑结构物尺寸的计算式考虑结构物尺寸的计算式对圆形、正方形筒体的计算式对圆形、正方形筒体的计算式 考虑结构物直径及破碎程度的算式考虑结构物直径及破碎程度的算式 破碎程度系数:完全破碎1822；松动破裂47。3/20Vkmde12)2(13/20nnVkmde2109bkkme4126.158

21、73.1Rkkkmphjepk当钢筋混凝土圆筒环向破坏时，其药量按下式计算:(3)考虑结构物断面积的计算式考虑结构物断面积的计算式(4)切割混凝土管的炸药量确定切割混凝土管的炸药量确定切割爆破混凝土管的药量确定可根据其管内径和壁厚来计算。(5)水压爆破金属容器的药量确定水压爆破金属容器的药量确定 水压爆破金属容器的药量，可根据容器壁厚来确定。4126.15873.1RAkkmpteAkkmqne(1)被爆破结构物容积与药包数被爆破结构物容积与药包数小容积小容积 小容积是指被爆结构物容积小于lm3者。只用一个药包，大多采用封闭式水压控制爆破。2号硝铵炸药用量0.30.5kg左右。中容积中容积 中

22、容积系指被爆结构物容积在125m3者，药包个数在12个；个别特殊性结构物，药包个数可达3个。药量介于13kg之间。大容积大容积大容积系指被爆结构物容积在251OOm3者。药包个数一般在23个。硝铵炸药的用量在38kg左右。超容积超容积 超容积系指被爆结构物容积在1OOm3以上者。对超容积进行爆破所需炸药量较大，具体需多少用药以及药包个数，应通过爆破设计而定。4.4.2 药包位置的确定药包位置的确定 (2)药包安放位置及入水深度药包安放位置及入水深度药包安放位置药包安放位置 对于单个药包和方形，圆形及筒形的容器式结构物来说，药包可按放在横断面的几何中心处。对于矩形或条形的容器式结构物，一般可根据

23、结构物的尺寸和强度，布置两个以上药包，沿轴线等距分布。当容器式结构物的高度与直径(或短边长度)之比超过1.41.6倍时，可沿垂直方向布置多层药包。药包入水深度药包入水深度 药包入水的合适深度可按下式选取 入水深度的最小值可按下式估算:采用上式估算时，当计算值小于0.4m时，一律取0.4m做为药包入水深度的最小值。sHh7.06.01emh3min4.5 水中爆炸的爆破器材及起爆方法水中爆炸的爆破器材及起爆方法 4.5.1 环境水对炸药性能的影响环境水对炸药性能的影响（一）降低炸药的有效密度（二）溶解炸药（三）改变炸药的爆速和猛度 抗水炸药的爆速和猛度都会随着水压的增加而减小。当水深l0m时，爆

24、速减小11%，猛度平均减小10%；当水深增加到30m时，爆速平均减小26%，猛度平均减小33%。爆破效果就有较大的差别，甚至产生爆轰中断、残留炸药的危险。渗入炸药内的水及炸药本身所含的水分对炸药爆炸性能的影响与炸药种类有关。（四）减小炸药的临界直径（五）水对炸药殉爆性能的影响 4.5.2 工业炸药的水下应用特点工业炸药的水下应用特点（一）水下爆炸对工业炸药性能的要求（一）水下爆炸对工业炸药性能的要求1.密度大密度大2.有一定耐水性有一定耐水性 3.有一定耐水压性有一定耐水压性 4.有一定安全度有一定安全度5.有合适的殉爆距离有合适的殉爆距离（二）水下爆炸炸药品种的选择（二）水下爆炸炸药品种的选

25、择 由于可用于水下爆炸的抗水炸药种类很多，宜根据实际施工条件、水深、爆炸目的、对象及采用的爆炸方法选择适当的炸药品种。在坚硬岩层中爆破，宜选用猛度大、爆轰速度高的烈性炸药。抛掷的爆破工程，宜选用爆力大的炸药。松软岩层中爆破，宜选用爆力大、爆热大的炸药。水下预裂爆破宜选用临界直径小的炸药品种。若水较浅，可用有防水措施的硝铵炸药。当装药时间延续长，水深超过15m，但在40m以内时，就要选用耐水压的胶质炸药、乳胶炸药或其他抗水性能好的炸药。若水更深，就宜选用特制的深水炸药或采用特制的耐水压包装。水下爆炸切割要求选用高爆速炸药，而水下爆炸焊接所采用炸药的爆速不能超过被焊接材料的音速。4.5.3 改善常

26、用爆破材料水下使用条件的技术措施改善常用爆破材料水下使用条件的技术措施1.提高防水耐压性的措施 (1)雷管雷管 尽可能选用带有聚氯乙烯或橡胶防水层绝缘脚线的电雷管。将脚线伸入管壳的地方用密封胶(加热到160180的乙酰丁酸纤维素等)或防水涂料(石蜡等)处理。(2)导火索导火索 为了确保导火索在水中的传爆性能，使用前应检验外观，注意防水层是否完好。(3)导爆索导爆索 用于水下敷设的导爆索，在使用前应按对导火索同样的要求检查外观。导爆索的索头先套以金属套并卡紧或包以胶包，再用石蜡封闭，以避免从索头药芯散露处或由于棉纱的毛细管作用浸湿药芯。(4)导爆管导爆管 敷设于水中的导爆管应逐根检查，壁面应无裂

27、缝、孔洞及折痕。2.提高抗水流、风浪冲击力的措施(1)雷管雷管 当水流速度或风浪较大时，为避免或减少装药及接线时河水、风浪等引起脚线张力过大造成损坏，可增大脚线直径或采用尼龙绝缘丝提高脚线的机械强度。使在整个装药、接线过程中，脚线本身不处于受力状态。(2)传爆材料传爆材料 为防止传爆材料被拉断或被折断，炸药包宜另用尼龙绳或铁丝作为提绳，传爆材料只是松绑在提绳上，使其在整个施工过程中不受力。对重要及深水爆破工程，传爆材料装在塑料管内。对于电力起爆，则可选用抗拉强度较高、抗折能力较强的铜芯电缆。起爆网路不应产生松漂水面现象，并防止被水流冲散打结。2007.092008.01(二二)改善工业炸药使用

28、条件的技术措施改善工业炸药使用条件的技术措施 1.防水密封措施防水密封措施(1)药卷防水药卷防水 可以在药卷上涂刷防水剂。(2)纸包防水纸包防水 用较坚实的牛皮纸2-3层做成纸筒，以麻丝扎紧后放在6070熔融的防水剂内浸泡一下（不超过15s)，然后晾干。(3)不透水容器防水不透水容器防水 小型水底裸露药包可以用玻璃瓶、罐头盒、竹筒等作防水外壳。(4)塑料制品防水塑料制品防水 将炸药及雷管装入塑料袋或特制塑料筒内，引出雷管导线后，将袋口捆紧或利用塑料粘胶及防水剂封口。(5)利用情性液体保护利用情性液体保护 先在水下钻孔或药室内注人密度大于水、小于工业炸药，且不溶于水和炸药的情性液体，置换出钻孔或

29、药室内的水体。然后加压注入浆状炸药、液体炸药或沉入药包。2.增大浮稳性措施增大浮稳性措施(1)水中爆炸药包水中爆炸药包 可以采用木杆、钢管固定法、悬吊重物法、锚定法及桩定法固定在距水面一定高程上。(2)水底裸露药包水底裸露药包 采用压重法、坠石法、嵌入法 及配重法，增大水底裸露药包的浮稳性，并使药包紧贴爆破目标，改善爆破效果。(3)埋入水底钻孔内的药包埋入水底钻孔内的药包 采用带弹簧钢片药筒及配重法增加药筒浮稳性。3.深水耐压措施(1)采用硬质耐压药筒采用硬质耐压药筒 依靠硬质药筒承担水压力。耐压药筒可用内加筋的铁皮筒、钢管及玻璃(或陶瓷)器皿制成密封药筒。(2)充气药筒充气药筒 炸药筒用金属

30、材料制成。装药后，通过预装在药筒盖上的气嘴，根据不同水深，在筒内加适当的预压力。（）木板和钢管定位（）悬吊重物定位（）锚定法（）桩定法 2007.092008.014.6 水下爆炸的安全防护技术水下爆炸的安全防护技术 装药在水中爆炸时，通常产生冲击波、气泡和压力波。三者都能使目标受到一定程度的破坏。对于各种猛炸药，大约有一半以上能量是以冲击波的形式向外传播的。因此，多数情况下，冲击波的破坏起着决定性的作用。气泡和压力波一般引起附加的破坏作用。水中接触爆炸时，除了爆炸产物直接作用外，同时有水中冲击波作用。两者的联合作用使舰体壳板遭到严重的破坏。舰体隔墙间充满液体时，冲击波将通过液体传到其他部位，

31、增大破坏作用。由于冲击波的作用，可能发生机器与机座的破坏、仪器设备的破坏，也可能使舰艇着火或弹药爆炸等。战斗部破坏军舰时，其破坏半径r为)(6.03mr 水中非接触爆炸按其作用和对舰艇的破坏程度大致可分为两种情况：近距离爆炸(即装药与目标的距离小于气泡的最大半径)时，冲击波、气泡和压力波三者都作用于目标，可能产生舰艇局部性破坏；另一种是较远距离处爆炸，这时装药与目标的距离大于气泡的最大半径，目标主要受到冲击波的破坏作用，如舰体产生变形和裂缝等。TNT装药量：1675kg；2240kg；3120kg；470kg 图图4.13 爆破弹在水中爆炸的冲击波压力爆破弹在水中爆炸的冲击波压力-距离关系距离

32、关系 水中爆炸的破坏作用与装药重量及目标离爆炸中心的距离有关。各种爆破弹的冲击波压力与距离的关系如图4.13所示。图4.14舰艇结构破坏情况与炸药量、距离r的关系图中1区所受的压力45MPa，这时舰艇将沉没，无装甲舰艇将受到严重破坏。2区内舰艇将受到严重破坏。3区内舰艇将受到中等破坏。4区内将受到轻微损伤。1水下防护结构破坏；2外壳穿孔，内隔壁破坏；3一外壳严重破坏；4一外壳漏水 图图4.14 舰艇结构破坏情况与炸药量舰艇结构破坏情况与炸药量w、距离、距离r的关系的关系2007.092008.01 水中爆炸对浸没在水中的人体作用是一个很重要的问题。水中冲击波能使人体的内脏(胃、肠、肝脏、肾脏)

33、等受到破坏。经验表明，水中爆炸时冲击波杀伤极限距离比空气中的大4倍左右。如果在人体表面与水之间有空气层防护，如潜水服或潜水作业服内有一层毛绒衣，那么水中爆炸对人体的损伤将大大减小。4.6.1 水中爆炸安全防护技术水中爆炸安全防护技术 研究表明，水中爆炸对周围建构筑物的破坏作用主要通过水底传播的地震波和水中传播的冲击波共同引起的。控制水中爆炸地震波效应的最有效方法是用微差爆破技术。是按一定顺序规定毫秒时差先后起爆药包，使后一段药包爆炸时，前一段药包所爆破的岩体已部分破坏而产生新的自由面，且在岩体中所引起的应力还未消失。微差爆破降低了爆炸地震波强度。水中爆破引起的地震波在第一个半周期为压缩波，随后

34、半周期为稀疏波；因此，将群药包分成几组，使各组之间的起爆时间微差仅为地震波周期的一半或不是周期的偶倍数，各波造成干扰消能，从而削减地震波和水中冲击波，这就有可能进行大规模的水中爆破工程而又不产生危及建筑物安全的地震波和水中冲击波。控制水中冲击波效应，防护水中目标的很有效的方法是气泡帷幕技术。所谓气泡帷幕技术是在建筑物周围水底设置喷气管或产生大量气泡的化学药物。由于水的浮力作用，气泡自水底向水面运动，形成一道气泡帷幕。它能使爆破时产生的水中冲击波的一部分能量在压缩介质杂乱无章的气泡表面漫反射散失，一部分能量被压缩气泡吸收转变为热能，随后消耗在气泡膨胀过程中，从而起到防护作用。根据声学近似原理可知

35、，水中冲击波通过气泡帷幕而衰减的程度可由下式确定 混合两相介质的密度可表为 混合两相介质中的声速，可按下式计算 1222102014)(ZZZZPPPPBP012)1(2120012213411cRpc 分析表明，当=0.5时，若水深为l0m，则c2=20m/s,Bp=26.5，可见冲击波压力有很大幅度的衰减。4.6.2 水中爆炸安全距离水中爆炸安全距离 水中爆炸安全距离一般由大量爆炸实验总结归纳成经验公式或数据，确定不同目标的安全距离。(一一)临近建筑物的安全距离临近建筑物的安全距离1.按地震波产生的振动速度可由下式计算按地震波产生的振动速度可由下式计算 2.水中冲击波产生的动应力小于允许值

36、水中冲击波产生的动应力小于允许值若水中冲击波在建筑物上产生动应变，则爆破在建筑物上引起的动应力为 vRcVv3/1EB PB(二二)对水面船舶的安全距离对水面船舶的安全距离 对位于水面的船舶主要考虑水中冲击波的影响，水中冲击波压力由4.2节计算。不同船舶允许承受的冲击波压力限值见表4-15。安全压力/Pa510船舶类型说 明客货轮24不便船上旅客及工作人员感到很大震惊质量较差的木船910不产生渗水质量较好的木船1015不产生渗水拖轮815船上机器和仪器不产生异常工程船舶1520不使机器和仪器损坏能正常运转铁驳船30不便船壳受损伤或变形航行中的船舶10表表4-15 不同船舶允许承受的冲击波压力限值不同船舶允许承受的冲击波压力限值(三三)人员的安全距离人员的安全距离1.水面工作人员水面工作人员 2.水中工作人员水中工作人员(包括潜水人员包括潜水人员)最小安全距离按水中工作人员处的冲击波压力小于(0.20.3)105Pa确定。(四四)对水中鱼类的安全距离对水中鱼类的安全距离 水中鱼类受水中冲击波压力而损害情况见下表。2/14/1200HRC水中冲击波压力/(105Pa)Pa5102.03.53.57.07.0鱼的损害情况可能有少数鱼类受伤大部分鱼受伤，部分能复活，部分死亡几乎全部鱼受伤，能复活的很少