第３２卷第１期 ２０１２年２月 桂林理工大学学报 ＶｏＬ ３２ Ｎｏ．１ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｅｂ．２０１２ 文章编号：１６７４—９０５７（２０１２）０１—００８２—０４ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—９０５７．２０１２．０１．０１３ 饱和粉细砂基密实中爆破漏斗试验与分析 翟国锋 ，唐献述 ，江召兵 （１．桂林空军学院，广西桂林５４１００３；２．解放军理工大学工程兵工程学院，南京２１０００７） 摘要：爆破漏斗试验是饱和粉细砂基密实的重要前期试验。通过爆破漏斗试验，可以确定饱和砂基 的变形能量系数Ｅ，进而确定在一定埋深下最大内部装药量。在饱和粉细砂层中选取场地进行单药包 爆破漏斗试验，结果表明， 越大，单个药包埋置深度越大，爆破漏斗深度越大，漏斗半径越小。在 不形成爆破漏斗，无能量溢出时，砂层吸收的能量越多，砂基密实效果越好。越接近临界埋深，药包 越接近于最大内部装药，越有利于砂层密实。 关键词：饱和砂基；爆破漏斗；试验 中图分类号：ＴＵ４７２．９；ＴＵ４４１ 文献标志码：Ａ 饱和砂是指是由固体砂颗粒、水和空气组成 高为６．５ ｍ，试验区标高为６．０ ｍ。抛吹填区域的 的三相介质，其特征之一是含有少量的封闭空 地质勘探数据如图１。 气…。对于每一种岩土，给定了炸药量后，存在 一对于深层饱和砂基而言，爆炸压密的基本原理 个最佳埋深，在该埋深爆炸，装药形成的漏斗 是利用最大内部作用药包爆炸产生的能量，作用于 坑最大。随着埋深的增加，装药能量将逐渐被砂 砂土体内部颗粒，使其瞬间在爆炸作用下失去平 基吸收，最终在最大埋深时不形成爆破漏斗。在 衡，这时砂土体内部颗粒重新排列，并在新的位置 工程上，仅靠勘查资料难以解决爆炸方法密实饱 上达到新的平衡，间隔变小，密实度增加 Ｊ。在最 和砂基的大规模应用问题。爆破漏斗试验旨在为 佳埋置深度，最大内部作用药包的爆炸能量刚好到 在抛吹填砂形成的原状饱和砂基中大面积应用爆 达地表而不溢出，爆生气体不直接冲出地表，即无 炸方法进行密实提供试验数据和参考。 介质抛掷，不产生爆破漏斗 Ｊ。最佳埋置深度即为 临界深度，变形能量系数Ｅ通过试验求取或验证。 １ 原状饱和砂基的基本数据 场地为某港口工程陆域形成工程，勘查资料 显示，港口码头前沿线１００ ｍ范围内天然泥面的 网Ｉ．．．．．．．．．．．标高在一ｌ３．３～一２０．９ ｍ，平均值为一１６．６ ｍ。 由于原始泥面较低，港口陆域形成采用两级施工。 第一级采用水抛砂至一５．０ ｍ标高；第二级吹填砂 至＋６．５ ｍ标高。抛吹填砂的性质为细砂，粒径小 于０．００５ ｍｍ颗粒含量不超过５％，粒径大于 ０．０７５ ｍｍ的颗粒超过８５％以上。砂层呈饱和、疏 ＿＿Ｊ 原始泥面标高 Ｉ．．．．．．．．．．．．＿＿Ｊ 施工分层线 松状态，局部欠均匀，含泥量较大，地下水位在 砂面以下一０．７～一０．９ ＩＴＩ。按设计要求陆域形成标 收稿日期：２０１１—０４一ｌ２ 图１ 原状饱和砂基分层及分布图 Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｗａｔｅｒ—ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 基金项目：国家自然科学基金项目（５１００９１４７） 作者简介：翟国锋（１９７４一），男，博士，讲师，研究方向：爆炸及其作用，ｚｇｔ９７０１＠１６３．ｃｏｒｎ。 引文格式：翟国锋，唐献述，江召兵．饱和粉细砂基密实中爆破漏斗试验与分析［Ｊ］．桂林理工大学学报，２０１２，３２（１）：８２—８５ 第ｌ期 翟国锋等：饱和粉细砂基密实中爆破漏斗试验与分析 ８３ ２试验部分 ２．１ 试验目的 式中：Ａ为材料抗力系数；Ｃ为微量装药药量；ｈ 为装药埋深。对湿沙，一般取 为０．８５。 共进行４次不同埋深的单药包爆破。试验区 本试验为大面积抛吹填饱和粉细砂形成陆域 内共设装药孔４组１２孔，每组各３个孔，分别为 基础处理试爆试验的前期试验。拟通过集中装药 １．５、２．０、２．５ ｍ，具体位置根据现场情况确定。 的爆破漏斗试验，给出爆破漏斗特性曲线，求出 装药参数为：炸药为乳化炸药，直径为 ３２ ｍｍ，定药量的药包采用最大内部装药形式时的临界 每卷２００ ｇ。三孔的装药量分别为：孔１装药０．６ 一 埋深，从而求出适应此饱和粉细砂层的砂土变形 ｋｇ，孔２装药１．２ ｋｇ，孔３装药１．８ ｋｇ。能系数Ｅ的值，为后续密实饱和粉细砂基试验及 ２．３．２试验步骤由式（１）得第１组爆破漏斗试 验参数：药量Ｑ＝０．６ ｋｇ，埋深ｈ＝１．５ ｍ；药量Ｑ＝ 应用提供依据。 ２．２试验场地 １．２ ｋｇ，埋深ｈ＝２．０ ｍ；药量Ｑ＝２．０ ｋｇ，埋深ｈ＝ 考虑单药包爆炸时的破坏范围，在原状饱和 ２．５ ｍ。爆后依现场效果再确定后面试验的埋深。砂层中，选取面积约２０ ｍ×２０ ｍ的两块区域作为 均匀、级配合理、沉降均匀。 ２．３试验方法与步骤 实施步骤：①分别钻１．５、２．０、２．５ ｍ装药 后起爆；②根据前一步爆破的试验结果，适当调 整试验参数，再进行下一次试验。 单药包试验应以不对周围设施和施工造成影 试验场地，砂层厚度要求在１０ ｍ左右，砂土颗粒 孔各１个，装药孔钻好后，及时装药、回填，然 ２．３．１ 试验方法进行最大内部装药试验。利文 ２．４试验要求 （１） 响为宜，爆后立即测量漏斗坑尺寸。 斯顿爆破漏斗理论装药临界深度计算公式 ｈ＝ＥＱ ， 式中：ｈ为最大药包埋深；Ｑ为集中药包装药量； 为变形能量系数。 ３爆破漏斗试验结果与分析 爆破漏斗特征线共进行４组试验，每组３孔， 对于条形药包，可将其质量转化为集中药包 ３．１ 单药包试验结果 质量。按经验条形药包的调整系数为Ｋ：１．１５，可 算出一定埋深下，条形药包的最大装药量，进而 孑Ｌ编号分别为１～１２号，试验结果如表１、表２。得出现场填砂区的变形能量系数Ｅ。 通过对爆破漏斗试验结果进行分析，结果表 微量装药指的是爆后地表不出现明显的外部 睨，是否形成爆破漏斗与孔隙水的排出有一定的 作用现象，与利文斯顿临界深度概念一致。 由药量计算公式 Ｃ＝０．３５Ａｈ ， 关联。当产生爆破漏斗时，爆炸能量部分溢出砂 基表面，不能全部作用于砂土体内部，孔隙水也 （２） 不能排出；不产生爆破漏斗时，爆炸能量作用于砂 表１爆破漏斗试验结果 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｆｕｎｎｅｌ 注： 实际装药位置为１．６ Ｉｎ。 ８４ 桂林理工大学学报 ２０１２年 注：特征参数Ｅ ：Ｊｌ ／＾｝ ；Ｅ ＝Ｊｌ ／＾》 ＿ｏ 土体内部，孔隙水在爆炸作用下排出，随着孔隙 Ｅ增大，药包爆炸后作用于砂土体内部的能量越 水的溢出，伴随地表沉降，砂土颗粒之间的距离减 多，砂土的孔隙率变小，密实度增加，砂土在短 小，砂土得到密实。当爆炸能量刚刚达到地表而 暂的丧失荷载能力后，获得了更为稳定的结构。 不溢出，即砂土介质无抛掷，不产生爆破漏斗， 药包越接近于最大内部作用装药。但存在一个峰 全部作用于砂土体内部，这时即为最大内部作用 值，到达峰值后，随着药量增加，Ｅ减小，药包 药包。 ３．２爆破漏斗特性曲线 作用效果降低。 爆破漏斗特征曲线如图２。药包临界埋深越 吸收的能量越多，越有利于砂层密实。随着装药 ４结论 大，药包爆炸后溢出砂土表面的能量越少，砂层 ４．１ 饱和粉细砂层的变形能系数Ｅ 通过试验得出饱和粉细砂基深层爆炸压密的 的变形能系数Ｅ＝１．８０７ ３。据此可求出一定埋深 量的增加，特征参数逐渐增大，砂土变形能系数 变形能量系数Ｅ，当ｈ为孔深时，此饱和粉细砂层 下最大内部作用药包的埋置深度即临界深度ｈ。。 如当Ｑ＝１．２ ｋｇ时，临界埋深ｈ。＝２．０ ＩＴＩ。 ４．２爆破漏斗特性 爆破漏斗特性与漏斗尺寸和砂土变形能系数 Ｅ有直接关系。Ｅ越大，药包埋置深度越大，砂层 吸收的能量越多。越接近临界埋深，药包越接近 于最大内部装药，爆炸能量越接近于全部作用于 砂层，越有利于砂层密实。 ４．３ 基于爆破漏斗试验结果的砂基处理 饱和粉细砂层中，单个药包爆炸，当不形成 爆破漏斗，无能量溢出，且接近于最大内部装药 时，能量更多地被砂层吸收，砂基密实效果最好。 在抛吹填砂形成陆域施工中，粒径较大的颗 粒相对沉于底部，粒径较小的颗粒由于悬浮时间 图２爆破漏斗特征曲线 Ｆｉｇ．２ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｇｒａｐｈ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｆｕｎｎｅｌ 较长，要较长时间才能沉底。因此，在单次施工 形成陆域中，底层颗粒较大，上部颗粒相对较小。 第１期 翟国锋等：饱和粉细砂基密实中爆破漏斗试验与分析 底部砂层变形能系数Ｅ增大，在深部砂基处理中， 定的不均匀性。底部药量密度应大于上部，有利于克服颗粒大小 带来的影响。 ２ ｍ； 参考文献： 当药量为１．２ ｋｇ时，其最小埋置深度不小于 ［１］钱七虎，王明洋．岩土中的冲击爆炸效应［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２０１０． 装药量每３ ｍ不小于１．２ ｋｇ，即线密度为ｑ ＝［２］林学圣．土石方爆破［ｚ］．南京：工程兵工程学院， １９９３． １．２／３＝０．４ ｋｇ／ｍ，底部适当增大。具体的线装 ［３］张志毅．软基在爆炸荷载作用下的分析［Ｄ］．北京：铁 道部科学研究院，２００２． 药密度和其他参数应通过试爆试验具体确定。 由于原状砂层受到扰动将影响爆破漏斗试验的准 确性。 饱和粉细砂土的密实是由于外载荷作用而增 加质量密度的过程，饱和砂层呈饱和、疏松状态， 由于局部欠均匀，含泥量较大，加之随着颗粒度 的减小，砂粒间表面毛细张力增加，失稳后重新 药包埋设后应使砂层尽量恢复原状，否则， ［４］Ｄｏｗｄｉｎｇ Ｃ Ｈ，Ｈｒｙｃｉｗ Ｒ Ｄ．Ａ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｓｔｕｄｙ ｏｆｂｌａｓｔ ｄｅｎｓｉ— ｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓａｎｄ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｅｈｎｉｅａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｅｎｖｉｍｎ ｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９８６，１１２（２）：１８７— １９９． ［５］Ｐｒｕｇｈ Ｂ Ｊ．Ｄｅｎｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌｓ ｂｙ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，ＡＳＣＥ，１９６３，８９：７９ —１０ｏ． 排列消耗的能量增加，使得爆破漏斗试验存在一 Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ Ｆｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ Ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｗａｔｅｒ－Ｓａｔｕｒａｔｅｄ Ｓａｎｄ Ｇｒｏｕｎｄ ＺＨＡＩ Ｇｕｏ—ｆｅｎｇ ，ＴＡＮＧ Ｘｉａｎ—ｓｈｕ ，ＪＩＡＮＧ Ｚｈａｏ．ｂｉｎｇ （１．Ｇｕｉｌｉｎ Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏ ｏｆＥｎｇｉｅｅｒｎｓ，Ｐ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｆｕｎｎｅｌ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｉｒｓｔ－ｐｈａｓｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｄｅｎｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ—ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓａｎｄ ｇｒｏｕｎｄ．Ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｍａｄｅ ｔｏ ｃｏｎ￣Ｆｌｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｍｏｄｕｌｕｓ Ｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ—ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓａｎｄ ｒｏｕｎｄ，ｇ ａｎｄ ｔｏ ｂｕｒｙ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｈａｒｇｅ ｉｎ ｃｅｒｔａｉｎ ｄｅｐｔｈ．Ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈａｒｇｅ ｉｎ ｗａｔｅｒ－ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓａｎｄ ｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｆｕｎｎｅｌ ｔｅｓｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ Ｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ，ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｂａｇ ａｄｄｅｄ，ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｕｎｎｅｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｆｕｎｎｅｌ ｒｅｄｕｃｅｓ．Ｗｉｔｈｏｕｔ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｆｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ Ｏ— ｖｅｒ￣ｏｗ，ｗｈｅｎ ｍｏｒｅ ｅｎｅｒｇｙ ｉｓ ａｂｓｏｒｂｅｄ ｂｙ ｓａｎｄ，ｍｏｒｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｍｅｓ．Ｗｈｅｎ ｎｅａｒｅｒ ｔｏ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐｏｉｎｔ ｄｅｐｔｈ，ａｎｄ ｃｌｏｓｅｒ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｘ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｈａｒｇｅ，ｍｏｒｅ ｂｅｎｉｉｃｉａｌｆ ｉｔ ｉｓ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｎｄ ｇｒｏｕｎｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ—ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｇｒａｎｕｌａｒ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ；ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｆｕｎｎｅｌ；ｔｅｓｔ