本發(fā)明屬于水下淤泥爆破空腔體積及其發(fā)展過程的測試方法，適用水下爆炸氣泡脈動(dòng)測量。
背景技術(shù)：
：具有一定厚度淤積覆蓋的水下巖塞爆破工程，巖塞爆破前，在巖塞上口的淤泥與巖石界面放置藥包將淤泥爆破成空腔，空腔使“淤泥—巖石”界面轉(zhuǎn)變成“氣體—巖石”界面，為爆炸應(yīng)力波的反射創(chuàng)造了有利條件，也為巖石的拋擲提供了空間。爆破擠淤是在拋石棱體前方和周邊淤泥中埋設(shè)藥包爆破，將一定范圍內(nèi)的淤泥向四周擠出形成爆破空腔，提頭拋石體在重力作用下滑移落入空腔并形成石舌，瞬時(shí)實(shí)現(xiàn)“泥—石”置換。可見，對(duì)爆破空腔的研究具有十分重要意義。而爆破空腔的大小及其形成過程，目前現(xiàn)場尚無較好的測試方法和手段。對(duì)于淤泥空腔的擴(kuò)展，有報(bào)道在室內(nèi)采用小體積試驗(yàn)箱模擬試驗(yàn)，采用x光設(shè)備拍照空腔形成過程圖像；對(duì)于水中爆破空腔形成(氣泡脈動(dòng))過程測量，也有報(bào)道采用高壓爆炸容器放置小當(dāng)量的炸藥，容器一側(cè)留有有機(jī)玻璃照相窗口，通過高速攝影機(jī)攝錄爆炸空腔或氣泡發(fā)展過程。這些試驗(yàn)只能在室內(nèi)進(jìn)行，其方法具有較大局限性。由于爆破空腔形成過程是瞬間的，又會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)被水或淤泥充填，因此，在現(xiàn)場獲得爆破空腔的大小和擴(kuò)展過程難度較大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種水下淤泥爆破空腔半徑電極陣列測試法，以解決現(xiàn)場獲得爆破空腔的大小和擴(kuò)展過程難度較大的問題。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：包括下列步驟：(a)建立爆破空腔電極陣列測試系統(tǒng)：在具有一定強(qiáng)度和剛度的鋼管上或其它桿件上，沿其軸向方向成對(duì)布置電極i，每對(duì)電極i分別包括正極和負(fù)極，組成電極陣列桿，每對(duì)電極i處于桿件同一橫截面，兩極之間留有一定間距，電極與桿件之間有絕緣護(hù)套、來保證電極與桿件之間相互絕緣，每對(duì)電極i從管中引出的導(dǎo)線接入電源ei、分壓電阻ri、開關(guān)ki連接，i＝1、2、3、……、n，每對(duì)電極i分別與多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀的通道i連接，i＝1、2、3、……、n，該多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀的通道0與電極0的正、負(fù)極、電源e0、分壓電阻r0、開關(guān)k0構(gòu)成的回路連接；檢查導(dǎo)線防水和絕緣情況，檢查各電極與鋼桿件的絕緣情況；(b)對(duì)每對(duì)電極所連接的導(dǎo)線進(jìn)行編號(hào)，以便記錄電極位置，編號(hào)如0#、1#、2#、……、n#，各對(duì)電極之間的距離a；(c)檢查多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀；(d)各測試回路檢查連接好后，合閘，調(diào)試多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀；(e)將質(zhì)量為m的炸藥，制成防水藥包，藥包外纏繞0#通道的電極導(dǎo)線，用于獲取炸藥爆炸時(shí)刻，也就是空腔發(fā)展的起始時(shí)刻；(f)將防水藥包置于待測的深度為h的淤泥或水中，記錄炸藥所在水深和淤泥深度；(g)將制成的電極陣列桿置入淤泥或水中并固定，防止爆破產(chǎn)生移動(dòng)，電極陣列桿的軸線延長線要通過藥包中心；由于淤泥或水導(dǎo)電，這樣每對(duì)電極、電源、導(dǎo)線、電阻、開關(guān)和淤泥或水組成了測試回路；(h)靠近電極陣列桿圓錐端的1#電極與藥包中心的距離b介于預(yù)估的爆破空腔最大半徑rmax的1/3～2/3之間；(i)爆破空腔最大半徑rmax根據(jù)下述兩種情況估算：1)對(duì)于在水中或密度較小的淤泥中的爆破空腔，其半徑rmax按水中爆炸氣泡最大半徑公式估算：式中：rmax——預(yù)估空腔最大半徑，m；m——炸藥質(zhì)量，kg；h——為爆心處靜水深度，m；k——系數(shù)，水中為3.5；2)對(duì)于在密度較大淤泥中的爆破空腔，其最大半徑rmax可按10倍藥包半徑估算；(j)檢查各測試回路，閉合開關(guān)k0、k1、……、kn，檢查多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀各通道電壓信號(hào)；(k)啟動(dòng)多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；(l)啟動(dòng)起爆器，使埋入淤泥中的藥包起爆，藥包起爆后，通道0的測試回路導(dǎo)線首先被炸斷，多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀采集到爆破空腔形成初始時(shí)刻t0，隨著爆破空腔的擴(kuò)展，通道1、通道2、……通道m(xù)的所在回路依次斷路，m≤n，多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀采集各回路電壓斷路時(shí)刻信號(hào)t1、t2、……、tm，m≤n；(m)將采集到的圖像或數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，根據(jù)各通道記錄的斷路時(shí)間t＝tm﹣t0，得出爆破空腔擴(kuò)展時(shí)間t＝tm﹣t0和相應(yīng)的爆破空腔半徑r＝b+a×(m-1)，m＝1、2、3、……n。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，采用爆破空腔電極陣列測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)新穎，測試原理清晰，通過電路回路中的通斷即可實(shí)現(xiàn)測量，能夠?qū)崟r(shí)測試爆破空腔體積及其發(fā)展過程。測量精度根據(jù)實(shí)際需要可選，如將加密電極可實(shí)現(xiàn)更高精度測試，本方法填補(bǔ)了國內(nèi)外爆破空腔大小及其擴(kuò)展過程現(xiàn)場測試方法的空白，開創(chuàng)了爆破空腔測試新技術(shù)，為水下爆破和淤泥爆破技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)，對(duì)于水下爆破工程設(shè)計(jì)、施工、科研具有廣泛現(xiàn)實(shí)意義。附圖說明圖1是本發(fā)明爆破空腔電極陣列測試系統(tǒng)的測試原理示意圖；圖2是工程應(yīng)用實(shí)例的測試波形圖；圖3是工程應(yīng)用實(shí)例的爆破空腔半徑過程線圖。具體實(shí)施方式包括下列步驟：(a)建立爆破空腔電極陣列測試系統(tǒng)：在具有一定強(qiáng)度和剛度的鋼管上或其它桿件上，沿其軸向方向成對(duì)布置電極i，每對(duì)電極i分別包括正極和負(fù)極，組成電極陣列桿，每對(duì)電極i處于桿件同一橫截面，兩極之間留有一定間距，電極與桿件之間有絕緣護(hù)套、來保證電極與桿件之間相互絕緣，每對(duì)電極i從管中引出的導(dǎo)線接入電源ei、分壓電阻ri、開關(guān)ki連接，i＝1、2、3、……、n，每對(duì)電極i分別與多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀的通道i連接，i＝1、2、3、……、n，該多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀的通道0與電極0的正、負(fù)極、電源e0、分壓電阻r0、開關(guān)k0構(gòu)成的回路連接，如圖1所示；檢查導(dǎo)線防水和絕緣情況，檢查各電極與鋼桿件的絕緣情況；(b)對(duì)每對(duì)電極所連接的導(dǎo)線進(jìn)行編號(hào)，以便記錄電極位置，編號(hào)如0#、1#、2#、……、n#，各對(duì)電極之間的距離a；(c)檢查多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀；(d)各測試回路檢查連接好后，合閘，調(diào)試多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀；(e)將質(zhì)量為m的炸藥，制成防水藥包，藥包外纏繞0#通道的電極導(dǎo)線，用于獲取炸藥爆炸時(shí)刻，也就是空腔發(fā)展的起始時(shí)刻；(f)將防水藥包置于待測的深度為h的淤泥或水中，記錄炸藥所在水深和淤泥深度；(g)將制成的電極陣列桿置入淤泥或水中并固定，防止爆破產(chǎn)生移動(dòng)，電極陣列桿的軸線延長線要通過藥包中心；由于淤泥或水導(dǎo)電，這樣每對(duì)電極、電源、導(dǎo)線、電阻、開關(guān)和淤泥或水組成了測試回路；(h)靠近電極陣列桿圓錐端的1#電極與藥包中心的距離b介于預(yù)估的爆破空腔最大半徑rmax的1/3～2/3之間；(i)爆破空腔最大半徑rmax根據(jù)下述兩種情況估算：1)對(duì)于在水中或密度較小的淤泥中的爆破空腔，其半徑rmax按水中爆炸氣泡最大半徑公式估算：式中：rmax——預(yù)估空腔最大半徑，m；m——炸藥質(zhì)量，kg；h——為爆心處靜水深度，m；k——系數(shù)，水中為3.5；2)對(duì)于在密度較大淤泥中的爆破空腔，其最大半徑rmax可按10倍藥包半徑估算；(j)檢查各測試回路，閉合開關(guān)k0、k1、……、kn，檢查多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀各通道電壓信號(hào)；(k)啟動(dòng)多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；(l)啟動(dòng)起爆器，使埋入淤泥中的藥包起爆，藥包起爆后，通道0的測試回路導(dǎo)線首先被炸斷，多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀采集到爆破空腔形成初始時(shí)刻t0，隨著爆破空腔的擴(kuò)展，通道1、通道2、……通道m(xù)的所在回路依次斷路，m≤n，多通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀采集各回路電壓斷路時(shí)刻信號(hào)t1、t2、……、tm，m≤n；(m)將采集到的圖像或數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，根據(jù)各通道記錄的斷路時(shí)間t＝tm﹣t0，得出爆破空腔擴(kuò)展時(shí)間t＝tm﹣t0和相應(yīng)的爆破空腔半徑r＝b+a×(m-1)，m＝1、2、3、……n。下邊通過具體工程應(yīng)用實(shí)例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)例1：測試地點(diǎn)選擇在劉家峽庫區(qū)洮河口處。試驗(yàn)部位上部水深1m，水深1m以下為淤泥，初步估計(jì)淤泥密度約為1.35g/cm3，爆破采用某高能乳化炸藥，炸藥密度1.22g/cm2，爆速4500～5600m/s，炸藥質(zhì)量0.5kg，炸藥經(jīng)過防水包裝處理后放置在4m深淤泥中。使用的是用于測試爆破振動(dòng)速度和加速度的icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀，通道數(shù)可選，一般32～64通道，通道數(shù)獨(dú)立，并行采集，單通道最大采樣頻率為100k，采集精度可達(dá)0.01ms；本實(shí)例中：采集設(shè)備采用32通道icp電壓雙功能數(shù)據(jù)采集儀，電極陣列桿上電極30對(duì)，每對(duì)電極之間間距5cm。組成回路的導(dǎo)線采用30對(duì)多芯信號(hào)屏蔽電纜，長度約130m。考慮長導(dǎo)線的電阻分壓影響，電池為6v大容量電池。采用套管法鉆孔下藥包，當(dāng)藥包下到淤泥指定位置時(shí)，提出套管，套管提出過程中應(yīng)小心防止扯斷捆綁在藥包上的導(dǎo)線和起爆線，隨后沿鉆孔位置下電極陣列桿，同時(shí)不能損壞導(dǎo)線，按預(yù)估空腔半徑公式，計(jì)算預(yù)估最大空腔半徑r，由于是在密度較小淤泥中，k取3.5；計(jì)算中將淤泥折算成了水深1+1.35×4＝6.4(m)，計(jì)算rmax＝110cm，電極陣列桿底端的一對(duì)電極據(jù)藥包距離45cm。固定電極陣列桿，使其不因空腔爆破產(chǎn)生移動(dòng)。為使經(jīng)過鉆孔等施工擾動(dòng)后的淤泥回復(fù)原狀，炸藥埋設(shè)和電極陣列桿安裝完畢后等待了一天時(shí)間。之后，連接好各測試回路，調(diào)試采集設(shè)備，檢查無誤后起爆藥包，測試結(jié)果如圖2所示。將采集到的測試波形圖整理成表格形式，如表1所示。表1爆破空腔測試結(jié)果表電極距藥包(cm)通道號(hào)斷路時(shí)刻(s)歷時(shí)時(shí)間(ms)備注0144.3740藥包導(dǎo)線炸斷45244.393191#電極斷路50344.396222#電極斷路55444.398243#電極斷路60544.401274#電極斷路65644.404305#電極斷路70744.407336#電極斷路75844.411377#電極斷路80944.414408#電極斷路851044.418449#電極斷路901144.4234910#電極斷路951244.4285411#電極斷路1001344.4356112#電極斷路1051444.4477313#電極斷路按表1測試結(jié)果繪成爆破空腔半徑隨時(shí)間變化過程線，如圖3所示：從圖3爆破空腔半徑過程線中的擬合曲線方程可以得出，此處爆破空腔半徑的發(fā)展過程符合二次曲線規(guī)律：r＝﹣0.0166t2+2.6452t+0.5899。這與大多數(shù)研究成果是相符的。實(shí)例2測試地點(diǎn)仍選擇在劉家峽庫區(qū)洮河口處。試驗(yàn)位置上部水深2m，水深2m以下為淤泥，初步估計(jì)淤泥密度約為1.6g/cm3。爆破仍采用前述高能乳化炸藥，炸藥質(zhì)量2kg，經(jīng)計(jì)算藥包半徑7.34cm，估算爆破空腔最大半徑為7.34×10＝73.4(cm)，炸藥經(jīng)過防水包裝處理后放置在4m深淤泥中，其它步驟同前例，測試結(jié)果見下表2所示。表2爆破空腔測試結(jié)果表電極距藥包(cm)通道號(hào)斷路時(shí)刻(s)歷時(shí)時(shí)間(ms)備注0152.6200藥包導(dǎo)線炸斷45252.62441#電極斷路50352.62552#電極斷路55452.62553#電極斷路60552.62664#電極斷路65652.62775#電極斷路70752.62886#電極斷路75852.62997#電極斷路80952.630108#電極斷路851052.631119#電極斷路兩次測試結(jié)果說明：淤泥密度大，爆破空腔小，歷時(shí)時(shí)間也短。當(dāng)前第1頁12