坑道头部结构在爆炸作用下的数值模拟

2012-06-01张万图庞嘉杨鑫

山西建筑 2012年22期

张万图庞嘉杨鑫

(1.成都军区建筑设计院，四川成都 610000;2.解放军92302部队，辽宁兴城 125106)

0 引言

坑道式防护工程具有天然抗力强、易于伪装隐蔽的特点，在防电磁脉冲、防振动等方面也有独特的优势。然而，信息化条件下，随着侦察监视和大当量精确打击等技术的迅猛发展及在现代战争中的成功应用，对地下防护工程，特别是坑道头部结构的战时生存和抢修构成了严重威胁［1］。在这种背景下，本文结合有限元软件LS-DYNA模拟分析常规武器作用下坑道头部结构的内部毁伤情况，为相关领域的进一步研究提供了理论依据。

1 基本假设

本文中模拟的坑道围岩类别为Ⅱ类围岩，其参数见文献［2］。坑道为直墙圆拱形构造，净跨为7.6 m，直墙高度为4 m，拱高1.8 m。坑道钢筋网喷射混凝土厚度为20 cm，钢筋网构造为φ6，35 cm×35 cm。锚杆长度为2 m。支护层上方的岩石防护层厚度为10 m。考虑到坑道在开挖施工过程中的松动圈效应及锚喷网支护效应，坑道结构由内到外可划分为0.2 m厚钢筋网喷射混凝土层、2 m厚锚固层将钢筋网混凝土喷层和剩余的岩体防护层共三种材料结构层。为便于分析，坑道模型宽度取10 m，沿坑道纵向厚度取2 m。

模拟的来袭武器选用比较常用的打击坚固军事工程常规武器BLU-109/B半穿甲弹，其弹级为2000 lb，弹长为2.4 m，弹径为379 mm，等效TNT装药量为324 kg。由文献［3］中相关公式可计算出该半穿甲弹对本模型中坑道的侵彻深度为4.532 m，取4.5 m。

为便于建模和分析，可设定航弹轴线与坑道中轴线重合，则坑道遭受武器袭击后的平面示意图如图1所示。

2 建模分析

建模分析过程中，为减少计算量，将全比例坑道按一定比例缩小后再划分单元，同时考虑到此问题的对称性，可取1/4模型进行计算。模型的对称面上施加对称约束，其他面上设置透射边界。本文采用缩尺比例为10，根据爆炸相似定律，则可得缩尺模型尺寸为:坑道跨度38 cm，钢筋网喷射混凝土层厚2 cm，锚固区厚20 cm，TNT装药简化为长方体装药，尺寸为10 cm×2.25 cm×2.25 cm。从而得到有限元分析模型如图2所示。