机场防护工程设计课件3(免费阅读).pptVIP

* 防 护 工 程 与 结 构 第四章 岩土中爆炸波 介质的一处受到外界作用发生变形、应力等扰动后，由于能量不平衡，将这种状态向其他部分传播。这种变形或应力的传播过程，为应力波。 1 概述 固体杆 对于快速加载、尺寸较大的物体，通过应力波传播来研究动力响应 防 护 工 程 与 结 构 由于应力波是借助于介质质点运动传播，因此不同的介质特性，边界条件、应力幅值，会产生不同特征的应力波。 弹性波 弹塑性波 粘弹性波 面波 体波 瑞利波 洛甫波 横波 纵波 压缩波 拉伸波 防 护 工 程 与 结 构 核爆和化爆是防护结构的主要荷载源。冲击爆炸引起的地层中传播的应力波称为地冲击，分为感生地冲击和直接地冲击。 土壤是弹塑性介质，且具有黏性，求解土中应力波的问题比较困难。 防 护 工 程 与 结 构 一维平面波的各参数只与一个空间坐标有关，其理论相对简单，许多问题都可简化为一维平面波处理。 2 一维平面波 2.1 弹性波 杆截面积 杆密度 截面B质点速度 防 护 工 程 与 结 构 杆截面积 杆密度 截面B质点速度 截面B移动距离： 微段的动量守恒： 混凝土波速，3000-4000m/s; 钢材5000m/s 防 护 工 程 与 结 构 前述为侧向无约束直杆，以下对半无限土体受瞬态大面积均匀动载的问题进行讨论： 仅在应力很小的情况下，才可视土体为线弹性介质 防 护 工 程 与 结 构 防 护 工 程 与 结 构 2.2 弹性波在不同介质界面上的传播 应力波传播到两种不同介质平面时，在两介质界面发生透射和反射。 入射波i 透射波 j 反射波 f 为介质波阻抗 令两介质的波阻抗比为： 则反射应力波的压力P1f和透射应力波P2j的压力为： F称反射系数 T称透射系数 防 护 工 程 与 结 构 1）当应力波由硬介质向软介质传播时： 则有： 表明透射波应力降低，方向不变；反射波应力方向相反 2）当应力波由软介质向硬介质传播时： 则有： 表明透射波应力增加，方向不变；反射波应力方向不变 防 护 工 程 与 结 构 3）极限情况，向刚性介质 透射时： 则有： 表明透射波应力增大一倍；反射波应力大小不变方向不变 刚体 入射 透射 反射 压缩 压缩 压缩 防 护 工 程 与 结 构 4）极限情况，向自由界面 透射时： 则有： 表明不发生透射；反射波应力大小不变，方向相反 真空 入射 反射 压缩 拉伸 如果材料的抗拉强度低于压缩波应力，自由面反射产生同等大小的拉伸应力波，导致受拉破坏，震塌剥落。 防 护 工 程 与 结 构 2.3 弹性波在多层介质中的传播 由于地址构造的复杂，岩土体一般不同组成的多层地质体构成。因此，会出现应力波在多层介质中传播的现象。 第一层介质 第二层介质 第三层介质 防 护 工 程 与 结 构 第一层介质 第二层介质 防 护 工 程 与 结 构 进入到第三层介质中的透射应力波的应力峰值总合 突加的应力波传到第三层介质后变成有升压时间的应力波 防 护 工 程 与 结 构 （1）压缩波通过坚硬夹层 以压缩波透过遮弹层为例。设第一层和第三层均为砂土，ρ1=ρ3=2000kg/m3，波速c1=c3=100m/s；第二层钢筋混凝土，ρ2=2600kg/m3，c2=3500m/s。 取n=30 表明土中压缩波经过坚硬夹层，对压缩波峰值压力无显著影响。主要考虑升压时间增长这一有利因素。 防 护 工 程 与 结 构 （2）压缩波通过软夹层 若第二层介质为松散砂层，第一层介质为岩石，第三层为钢筋混凝土。设第一、三层ρ1=ρ3=2600kg/m3，波速c1=c3=3500m/s；第二层ρ2=2000kg/m3,c2=100m/s。 第一次透射入第三层中的压力为入射压缩波的0.085倍。由于松软介质（塑性变形）对于压缩波的衰减显著，能量损耗大。波速慢，压缩波来回反射时间长。因此在坚硬层中设置软夹层，能有效削弱应力波对第三层介质的作用。 防 护 工 程 与 结 构 2.4 弹塑性波 弹性波仅在应力较小时或者弹性介质中发生。但多数介质为弹塑性介质，当应力超过介质的屈服应力时，介质中产生塑性波。 弹性波 塑性波 防 护 工 程 与 结 构 2.4 弹塑性波 任意应力的波的传播速度 高应力波速 低应力波速 陡峭波阵面会越来越缓，变成有升压时间的应力波 高应力波速 低应力波速 高应力波会追上低应力波,形成无升压时间的冲击波 防 护 工 程 与 结 构 3 核爆冲击波产生的土中压缩波 3.1 非饱和土中的压缩波 核爆产生的空气冲击波作用于地面,压缩地面产生