張萬圖 龐嘉 楊鑫

(1.成都軍區(qū)建筑設(shè)計院，四川成都 610000;2.解放軍92302部隊，遼寧 興城 125106)

0 引言

坑道式防護工程具有天然抗力強、易于偽裝隱蔽的特點，在防電磁脈沖、防振動等方面也有獨特的優(yōu)勢。然而，信息化條件下，隨著偵察監(jiān)視和大當(dāng)量精確打擊等技術(shù)的迅猛發(fā)展及在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的成功應(yīng)用，對地下防護工程，特別是坑道頭部結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)時生存和搶修構(gòu)成了嚴(yán)重威脅［1］。在這種背景下，本文結(jié)合有限元軟件LS-DYNA模擬分析常規(guī)武器作用下坑道頭部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部毀傷情況，為相關(guān)領(lǐng)域的進一步研究提供了理論依據(jù)。

1 基本假設(shè)

本文中模擬的坑道圍巖類別為Ⅱ類圍巖，其參數(shù)見文獻［2］?？拥罏橹眽A拱形構(gòu)造，凈跨為7.6 m，直墻高度為4 m，拱高1.8 m?？拥冷摻罹W(wǎng)噴射混凝土厚度為20 cm，鋼筋網(wǎng)構(gòu)造為φ6，35 cm×35 cm。錨桿長度為2 m。支護層上方的巖石防護層厚度為10 m?？紤]到坑道在開挖施工過程中的松動圈效應(yīng)及錨噴網(wǎng)支護效應(yīng)，坑道結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外可劃分為0.2 m厚鋼筋網(wǎng)噴射混凝土層、2 m厚錨固層將鋼筋網(wǎng)混凝土噴層和剩余的巖體防護層共三種材料結(jié)構(gòu)層。為便于分析，坑道模型寬度取10 m，沿坑道縱向厚度取2 m。

模擬的來襲武器選用比較常用的打擊堅固軍事工程常規(guī)武器BLU-109/B半穿甲彈，其彈級為2000 lb，彈長為2.4 m，彈徑為379 mm，等效TNT裝藥量為324 kg。由文獻［3］中相關(guān)公式可計算出該半穿甲彈對本模型中坑道的侵徹深度為4.532 m，取4.5 m。

為便于建模和分析，可設(shè)定航彈軸線與坑道中軸線重合，則坑道遭受武器襲擊后的平面示意圖如圖1所示。

2 建模分析

建模分析過程中，為減少計算量，將全比例坑道按一定比例縮小后再劃分單元，同時考慮到此問題的對稱性，可取1/4模型進行計算。模型的對稱面上施加對稱約束，其他面上設(shè)置透射邊界。本文采用縮尺比例為10，根據(jù)爆炸相似定律，則可得縮尺模型尺寸為:坑道跨度38 cm，鋼筋網(wǎng)噴射混凝土層厚2 cm，錨固區(qū)厚20 cm，TNT裝藥簡化為長方體裝藥，尺寸為10 cm×2.25 cm×2.25 cm。從而得到有限元分析模型如圖2所示。

圖1 坑道遭受武器襲擊平面示意圖（單位：cm）

圖2 坑道有限元分析模型

圖3 鋼筋網(wǎng)噴射混凝土的破壞情況

圖4 錨固巖體的破壞情況

3 模擬結(jié)果

爆炸后，鋼筋網(wǎng)噴射混凝土和錨固巖體的破壞情況如圖3和圖4所示。從兩圖中能很直觀的看到爆炸后坑道各結(jié)構(gòu)層的毀傷程度及出現(xiàn)的裂縫情況，且比較貼近實際的破壞狀況。模擬所得的結(jié)構(gòu)裂縫情況可為戰(zhàn)時搶修提供依據(jù)和指導(dǎo)。

［1］李秀地.信息化條件下地下防護工程的破壞機理與加固新技術(shù)研究［D］.重慶:解放軍后勤工程學(xué)院，2005.

［2］閆莫明，徐禎祥，蘇自約.巖土錨固技術(shù)手冊［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［3］GJB 5153-2004，后方倉庫洞庫防護工程加固改造技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］楊 鑫.坑道口部結(jié)構(gòu)防護能力評估及其戰(zhàn)時毀傷模式和搶修方法研究［D］.重慶:解放軍后勤工程學(xué)院，2008.

［5］GB 50086-2001，錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］鄭穎人.地下工程錨噴支護設(shè)計指南［M］.北京:鐵道出版社，1988.

［7］徐干成，白洪才，鄭穎人，等.地下工程支護結(jié)構(gòu)［M］.北京:中國水利水電出版社，2001.