水下爆炸冲击波超压的测试方法

摘要：根据冲击波在介质中的传播原理，得出了介质中冲击波超压的计算方法；将陆地振动测试传感器应用于水下振动测试，测得了质点振动速度，并转化为超压；运用最小二乘法原理，得到了水下爆炸远爆源处冲击波超压计算公式。

关键词：水下爆炸；冲击波；超压；测试； 中图分类号：O643.2+21 文献标识码：A文章编号： 1.前言

水下爆破是主要处理被炸介质处于水位以下或药包被水所包围的一种爆破, 它是工程爆破中的一个重要分支，在这种爆破中，水介质对爆破有着很大影响。二战之前,水下爆破主要用于军事目的，二战结束后才开始大量进行民用水下炸礁、排淤等工程。水下爆破时产生的水冲击波比空气冲击波要强烈得多，例如炸药爆炸释放出来的能量化成地震波的百分数, 对干土为2-3％ 对湿土为5-6％，在水中达20％左右[1]。随着我国国防任务的发展和目前大规模的海洋开发任务,涉及水中爆炸方面水下结构和船舶、舰艇的安全问题

以及爆炸对鱼类水生生物，对水岸边居民和建筑的影响及环境问题也日益突出。因此, 加强水中爆炸的实践应用研究、加强水下爆炸资料的收集分析、提高监测技术水平是目前迫切解决的任务。

目前无限水介质中爆炸冲击超压计算公式较多,且在不同的比例距离范围内、不同的装药各有区别,使用起来让人不甚方便。而且通过实验的方法确定比较费力费时，成本较高。而且传统水下爆炸冲击波测试方法对传感器要求较高，如测量时间历程时要求传感器高频响，而测量气泡振动周期要求频响低和高灵敏度，这对测量方法和设备提出了新要求。在距离爆源较远处由于冲击波近乎衰减为声速，因此，通常的超压测量方法对此不再适用。本文设计了一种水下爆炸冲击波测试方法，通过数据拟合的方式，得到了海水中爆破超压的计算公式，对于预测水下爆炸超压具有指导意义。 2.测试原理及方法

根据冲击波在介质中传播的常用关系（假定波前参数为静止）[2]： （1） （2）

其中D为冲击波速度，u为波后质点速度，P，V

分别为波阵压力和介质比容，下表“0”表示波前状态。由（1）式和（2）式可得： （3）

其中为波阵超压，为常态密度；

对于大多数材料，冲击波速度与波后质点速度满足以下线性关系，即：

其中c0为零压下材料体声速，s为材料常数。 所以，冲击波超压可以表示为：（4）

由（4）式可知，测定了给定点的质点振动速度，即可确定该点的冲击波超压。对于海水而言，取；c0=1480m/s；s=1.05;

大量试验数据表明,在水深d 与装药半径r0之比大于10～20 ,装药沉深H 与装药半径r0之比大于5～10 的深水中爆炸时,水中冲击波峰值压力不受或基本不受自由水面和水底反射的影响,装药与无限水介质中爆炸时相同或相近,可视为装药在无限水介质中爆炸,不考虑冲击波折射或反射。依上述测试原理，在大连湾码头进行水下基床爆破夯实时，将陆地爆破振动测试传感器（TS4850）应用于水下（测试点距离水面6米），并做好防水等措施，测得了水下爆破冲击波引起的质点振动后，按照公式（4）换算得到了超压。如