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內(nèi)聚力模型參數(shù) 內(nèi)聚力和粘聚力的區(qū)別( 四 )

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表2爆源球形度實(shí)驗(yàn)
圖8不同介質(zhì)中玻璃球罩爆破碎片圖
圖9柔性導(dǎo)爆索爆炸拋擲成坑影響實(shí)驗(yàn)
2.4真空泵組
真空泵組主要為容器罐體提供真空環(huán)境,由旋片泵、羅茨泵和各類連接管道和截止閥組成 。真空泵組的技術(shù)性能為極限壓力0.05Pa、抽速1200L/s、總功率33.5kW,可在0.5h內(nèi)使容器罐體內(nèi)部的真空度達(dá)到100Pa 。整個(gè)容器罐體(容積為30m3)的真空度指標(biāo)為10~105Pa 。
2.5量測(cè)控制系統(tǒng)
量測(cè)控制系統(tǒng)主要是相似散體材料基本力學(xué)性能參數(shù)測(cè)量、拋擲飛散介質(zhì)的動(dòng)態(tài)追蹤和整套裝置的聯(lián)動(dòng)控制 。相似模擬材料的內(nèi)聚力值和內(nèi)摩擦因數(shù)采用FT4多功能粉末流動(dòng)性測(cè)試儀的剪切盒測(cè)試模塊測(cè)得 。飛散介質(zhì)的動(dòng)能參數(shù)主要通過(guò)高速攝影機(jī)、LED投光燈、數(shù)據(jù)采集設(shè)備及分析軟件測(cè)得,采集速度一般為2000s-1 。操控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)快開門密閉機(jī)構(gòu)、光源、真空泵組、高速攝像機(jī)和爆源裝置的聯(lián)動(dòng)控制 。
表3不同當(dāng)量淺埋地下拋擲爆炸成坑效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)主要參數(shù)
2.6裝置模擬指標(biāo)
基于真空室爆炸模型實(shí)驗(yàn)方法[4]以及爆源初始參數(shù)設(shè)計(jì)方法,對(duì)已有的大當(dāng)量淺埋地下核爆炸拋擲成坑原型實(shí)驗(yàn)[13]計(jì)算給出了模型實(shí)驗(yàn)的主要參數(shù)(見表3),由表3可知,對(duì)于裝藥當(dāng)量0.1~100kt范圍內(nèi)的原型地下核爆炸,該裝置的主要模擬指標(biāo)參數(shù)如爆源小球壓力、容器罐體的真空度等均可在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn),在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),可以通過(guò)調(diào)整爆源小球的幾何大小改變模擬比尺,進(jìn)而調(diào)整小球壓力和容器罐體真空度以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件 。
3、大當(dāng)量爆炸拋擲成坑模擬實(shí)驗(yàn)分析
3.1實(shí)驗(yàn)方案
以美國(guó)火山凝灰?guī)r中的大當(dāng)量拋擲爆炸Neptun實(shí)驗(yàn)為例,進(jìn)行真空室模型實(shí)驗(yàn) 。該爆炸等效TNT裝藥當(dāng)量q=0.115kt,埋設(shè)在坡度為30°的傾斜山坡中,埋深為30.5m,爆炸空腔rn=7.3m,用于拋擲破碎巖石的能量A=62.31GJ,爆炸結(jié)果形成了半徑為33m、深為10.5m、體積為17000m3的拋擲彈坑 。該地區(qū)凝灰?guī)r的主要物理特性為:密度ρ=2000kg/m3,縱波速度cP=2200m/s,抗壓強(qiáng)度極限σ*=360MPa,抗拉強(qiáng)度極限為σP=12MPa,泊松系數(shù)ν=0.12,巖石含氣屬性為ηm=0.153 。
模型實(shí)驗(yàn)主要參數(shù):玻璃球罩半徑r=5cm、模擬比尺N=rn/r=146、玻璃球罩中氣體壓力P=135.219kPa、埋設(shè)深度h=21cm、容器罐體真空度Pa=686Pa,采用平均粒徑為0.3mm的干石英砂作為模擬材料,其密度ρ=1.4g/cm3,利用FT4多功能粉末流動(dòng)性測(cè)試儀的剪切盒測(cè)試模塊測(cè)得試樣的剪切強(qiáng)度參數(shù)[12]:內(nèi)聚力c=92Pa,內(nèi)摩擦因數(shù)kT=0.8,內(nèi)摩擦角為38.6°,其中內(nèi)摩擦角符合破壞巖石天然坡度角的變化范圍(36°~45°) 。對(duì)關(guān)系式(1)中包含能量的量綱一組合參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化,有:
本模型實(shí)驗(yàn)中各參數(shù)作用力之間的關(guān)系為:P/ρgh=47,P/Pa=197,P/c=1470,由此可見,本模型實(shí)驗(yàn)參數(shù)大氣壓力和內(nèi)聚力與模擬材料的重力相比小1~2個(gè)量級(jí),突出了支配參數(shù)E/ρgh4的決定性作用,符合大當(dāng)量地下爆炸拋擲成坑效應(yīng)模擬的相似條件 。爆源裝置及實(shí)驗(yàn)布置如圖10所示 。
圖10爆源裝置及模型實(shí)驗(yàn)布置圖
3.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析
一般的拋擲彈坑的構(gòu)造可以分出可視彈坑、真實(shí)彈坑和巖石堆置物(見圖11) ?？梢晱椏拥拇笮》从沉藪仈S巖石的有效性,Rr為彈坑頂部半徑,比真實(shí)彈坑半徑R大,堆置物由碎裂巖石形成,它們通過(guò)爆炸被掀起到空中,然后落到彈坑以外的自由面上(外邊堆置物)和彈坑底部(內(nèi)部堆置物),其中y為堆置物距離地表的最大高度,RP為巖塊飛散的最遠(yuǎn)距離 。
圖11拋擲彈坑構(gòu)造示意圖
按照實(shí)驗(yàn)參數(shù),將玻璃球罩中心埋設(shè)在距離石英砂自由面21cm處,開啟控制柜,為裝置各系統(tǒng)供電,開啟移動(dòng)小車,利用旋轉(zhuǎn)卡箍將法蘭盤鎖緊,開啟LED投光燈,將高速攝像采集系統(tǒng)調(diào)試到位;啟動(dòng)真空泵組,當(dāng)容器罐內(nèi)達(dá)到額定真空度時(shí),關(guān)閉容器罐體截止閥;對(duì)玻璃球罩進(jìn)行充氣加壓,當(dāng)達(dá)到指定壓力135kPa時(shí),關(guān)閉電磁閥;同時(shí)啟動(dòng)高速攝像機(jī)和起爆器,對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行記錄 。由于容器罐體容量大,真空度低于1kPa時(shí),罐內(nèi)真空度穩(wěn)定時(shí)間很短,起爆瞬時(shí)罐內(nèi)真空度的實(shí)際值為740Pa,略高于額定值 。

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