一种提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方法技术

本发明专利技术公开了一种提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方法，属于防护工程技术领域，包括：在现有的基于成层式结构的爆炸波防护方法的过程中，将空心颗粒材料部分/全部替代传统消波材料；采用耐久性强、水密性好且具有静压承载能力的水密脆性空心颗粒材料，使分配层在浸没和冻结条件下保持更好的消波能力；通过提高消波材料在不利环境下的有效孔隙率降低消波层波阻抗，提高爆炸波从遮弹层向消波层传播时的反射能比例，通过空心颗粒材料受冲击时的渐次破碎释放封闭孔隙中的气相，提高分配层材料的动力可压缩性和塑性变形极限，降低抵达目标结构的冲击波幅值；解决了传统消波材料被地下水浸没或冻结后消波效能大大降低的严重问题。大大降低的严重问题。大大降低的严重问题。

【技术实现步骤摘要】
一种提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方法


[0001]本专利技术涉及一种提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方法，属于防护工程


技术介绍

[0002]防护工程是一类用于保护重要目标的土木工程，主要利用人工构筑的防护结构或天然的岩土上覆层削弱敌方兵器爆炸产生的毁伤效应。实际工程中，一般采用“阻”、“消”、“抗”等措施提高防护工程的在动荷载作用下的生存能力，即一方面通过设置遮弹层阻挡弹体的侵入，减小耦合入地下的能量，另一方面在爆炸地冲击传播路径上设置消波层来分散和衰减冲击荷载，同时提高主体工程结构的抗力。成层式防护结构常由三大主要结构组成：遮弹层主要用于阻挡弹体侵入，通常强度较高；分配层(消波层)主要用于削减爆炸波能量，通常由散体颗粒材料组成；防护结构主要用于保护防护工程中的人员和装备。
[0003]传统的成层式结构分配层常用干散砂作为消波材料，防护工程在长期服役过程中，不可避免的会遭遇各种不利环境。尤其当工程位于华东、华南多雨地区，或处于东北、青藏高原等季节性冻土地区时，传统消波层中起关键作用的空隙(通常为不防水的粒间开放孔隙)不可避免的会充满地下水，并有可能发生冻结。现有理论和试验研究表明，爆炸地冲击在饱和砂土和冻土中的衰减速率远小于干燥和不饱和砂土。因此，一旦消波层被地下水浸没或冻结，其实际消波效能就会大大降低，从而导致防护结构将承受数倍甚至十数倍的冲击压力。
[0004]“一种用于人防工程新型空壳颗粒复合材料分配层CN201610715841.X”提出了一种用于人防工程的由多孔泡沫陶瓷包裹PVC硬塑料球壳的空壳材料。该材料在干燥工况下较传统消波材料具有更好的消波能力。但CN201610715841.X所述的空壳颗粒材料外壳为多孔介质，抗渗能力较弱，地下水浸没后，颗粒外壳中的孔隙易被水填满，内部的PVC塑料具有良好的韧性，在冲击作用下难以破碎。若饱水后叠加冻结作用，则该空壳材料形成坚硬球体，不仅将丧失粒间开放孔隙，其颗粒外壳微孔和颗粒破碎带来的消波能力增益也将消失，仅能通过内部空穴发挥十分有限的消波能力，难以保证消波层的设计功能。
[0005]目前地下水浸没和冻结等不利环境因素对消波层的消波能力的损害问题尚未得到很好的解决。相关研究表明，饱水后，传统分配层的应力透射率可提高3倍以上，而散体材料被冻结后与一般固体材料无异，其消波能力基本丧失。因此在地下水浸没和冻结条件下，传统成层式防护结构存在很大的失效风险。以往的消波材料均未考虑在水下或冻结工况下的可靠性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方法，解决现有技术中地下水浸没条件和冻结条件下爆炸波防护效果差的问题。
[0007]为实现以上目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0008]本专利技术提供了一种提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方法，包括：
[0009]在现有的基于成层式结构的爆炸波防护方法的过程中，将空心颗粒材料部分/全部替代传统消波材料。
[0010]结合第一方面，进一步的，所述将空心颗粒材料部分/全部替代传统消波材料，包括：
[0011]将空心颗粒材料和传统消波材料按照质量比为(1:1～1:3)的比例混合后，替代现有的成层式结构中的传统消波材料。
[0012]结合第一方面，进一步的，所述将空心颗粒材料部分/全部替代传统消波材料，包括：
[0013]将空心颗粒材料和传统消波材料按照厚度比为(1:1～1:3)的比例分层铺设。
[0014]结合第一方面，进一步的，所述分层铺设，包括：
[0015]空心颗粒材料铺设一层，传统消波材料铺设一层。
[0016]结合第一方面，进一步的，所述分层铺设，包括：
[0017]空心颗粒材料和传统消波材料铺设为互层结构。
[0018]结合第一方面，进一步的，所述空心颗粒材料的粒度选择为单一粒度或多种粒度混合，优选为多种粒度混合，所述空心颗粒材料的外径为0.2mm～20mm。
[0019]结合第一方面，进一步的，所述空心颗粒材料包括隔水的外壳体、具有微孔的内壳体和中空的内核，内壳体的外壁和外壳体的内壁连接，内核中充满空气，所述内壳体为多孔泡沫结构。
[0020]结合第一方面，进一步的，所述内核的体积不小于空心颗粒材料总体积的40％。
[0021]结合第一方面，进一步的，所述空心颗粒材料的封闭孔隙率不小于分配层总孔隙率的50％，所述空心颗粒材料的初始压碎强度不低于上覆层永久荷载设计值且不低于0.5MPa。
[0022]结合第一方面，进一步的，所述外壳体通过以下方法制备：
[0023]采用类蜂窝状无机空心颗粒作为基材，通过浸没法、喷涂法或覆膜法将基材表面均匀覆盖冷凝后具有隔水性的脆性材料，使基材被完全包裹，冷凝后形成隔水的外壳体；
[0024]所述类蜂窝状无机空心颗粒包括陶瓷空心球颗粒和泡沫沸石空心颗粒。
[0025]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0026]1、使用的空心颗粒材料属于与传统消波材料类似的散体材料，但总孔隙率和封闭孔隙率更大、堆积密度更小、波阻抗更小；几何适应性好，方便运输，可填充任意空间形状的消波层；耐久性好，可在复杂环境下可长期保持稳定；
[0027]2、本专利技术技术方案结合成层式防护工程的正常施工工艺，实施过程中仅需对传统消波材料与本专利技术材料按一定比例进行掺混或分层铺设，工序简单实用，可行性强；
[0028]3、本专利技术创造性提出利用水密薄壁空心颗粒受冲击后渐次破坏释放气泡增强消波材料可压缩性的技术方案，不仅能提高有利条件下消波层的消波能力，更关键的是大大提高了饱水和冰冻条件下消波层材料的能量耗散能力，解决了传统消波材料开放孔隙被水填充后以及冰冻后可压缩性显著降低无法实现预定消波功能的严重问题，大大提高了消波
层在全天候条件下的消波可靠性。
附图说明
[0029]图1是本专利技术实施例提供的随机堆积空心颗粒材料的三重空隙结构示意图；
[0030]图2是本专利技术实施例提供的爆炸应力波通过分配层过程的示意图；
[0031]图3是本专利技术实施例提供的干燥与饱水工况下1～2mm粒径空心颗粒材料的入射波
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透射波曲线(SHPB试验)；
[0032]图4是本专利技术实施例提供的冻结饱和标准砂的入射波和透射波曲线(SHPB试验)；
[0033]图5是本专利技术实施例提供的冻结工况下所述空心颗粒材料的入射波和透射波曲线(SHPB试验)；
[0034]图6是本专利技术实施例提供的空心颗粒材料宏观冲击压缩曲线及其主要消波机制示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图对本专利技术作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0036]本专利技术实施例提供了一种提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方法，其特征在于，包括：在现有的基于成层式结构的爆炸波防护方法的过程中，将空心颗粒材料部分/全部替代传统消波材料。2.根据权利要求1所述的提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方法，其特征在于，所述将空心颗粒材料部分/全部替代传统消波材料，包括：将空心颗粒材料和传统消波材料按照质量比为(1:1～1:3)的比例混合后，替代现有的成层式结构中的传统消波材料。3.根据权利要求1所述的提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方法，其特征在于，所述将空心颗粒材料部分/全部替代传统消波材料，包括：将空心颗粒材料和传统消波材料按照厚度比为(1:1～1:3)的比例分层铺设。4.根据权利要求3所述的提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方法，其特征在于，所述分层铺设，包括：空心颗粒材料铺设一层，传统消波材料铺设一层。5.根据权利要求3所述的提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方法，其特征在于，所述分层铺设，包括：空心颗粒材料和传统消波材料铺设为互层结构。6.根据权利要求1所述的提高浸水和冻结条件下分配层消波能力的爆炸波防护方法，其特征在于，所述空心颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：范鹏贤，严鹏志，邢灏喆，王宇，李胜，杨嘉楠，蒋海明，李杰，王明洋，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：