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水 利 学 报

２０２４年 ５月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ５期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０５ － ０６０７ － １２

水下爆炸下高拱坝坝面冲击荷载特性研究

黄宇峰 １，２ ，卢文波 １，２ ，王高辉 １，２ ，王 洋 １，２ ，刘 杰 １，２
（１．武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉 ４３００７２；
２．武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室，湖北 武汉 ４３００７２）

摘要：确定爆炸荷载是高拱坝抗爆性能评估和抗爆设计的前提。为此，开展了高拱坝水下爆炸模型试验，并结合
数值模拟方法，研究了高拱坝水下爆炸冲击荷载特性。以原型拱坝按 １∶２００缩比设计和制作了拱坝模型，测量
了水下爆炸作用下库中以及拱坝表面的冲击荷载；采用 Ａｂａｑｕｓ软件进行了拱坝水下爆炸数值模拟，结合试验数
据验证了数值模拟的可靠性。研究结果表明，高拱坝水下爆炸冲击荷载可分为三个部分：首波爆炸冲击荷载、岸坡
反射爆炸冲击荷载以及基底反射爆炸冲击荷载；对于库中起爆工况，高拱坝中心区域受到首波冲击的影响较大，而
底部和靠近岸坡的区域则受到反射波的冲击较大，反射波在这些区域引起了较大的速度响应，在高拱坝的抗爆设计
以及性能评估中，应考虑反射爆炸荷载的影响。研究成果可为高拱坝抗爆设计以及抗爆性能评估提供参考。
关键词：高拱坝；水下爆炸；坝面冲击荷载；反射波；模型试验
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０６３３
中图分类号：ＴＶ３２

１ 研究背景

高坝大库的安全有着显著的经济效益和巨大的社会影响，一旦遭袭发生溃坝，将带来巨大的次生
破坏灾难，由此成为局部战争和恐怖袭击的首要目标 ［１ － ２］ 。近年来，世界各地发生了多起针对大坝及
其附属建筑物的爆炸袭击事件 ［３］ ，再次凸显了大坝抗爆安全评估以及防护的重要性。
水下爆炸是大坝可能遭受袭击的方式之一，相较于空中爆炸，水下爆炸的威胁更大 ［４ － ５］ 。许多学
者已经对水下爆炸 荷载下 混凝 土重 力坝的 动态响 应、毁伤 模 式 以 及 安 全 性 能 评 估 进 行 了 全 面 的 研
究 ［６ － ９］ ，然而有关拱坝在水下爆炸作用下的抗爆性能的研究较少。Ｚｈａｎｇ等 ［１０］ 考虑横向收缩缝的影响，
对水下爆炸作用 下 拱 坝 的 非 线 性 结 构 响 应 进 行 了 初 步 研 究， 确 定 了 拱 坝 的 两 种 主 要 破 坏 模 式。
Ｍｏｒａｄｌｏｏ等 ［１１］ 研究了不同起爆深度以及起爆药量下大坝遭受水下爆炸的动力响应，发现起爆药量和起
爆深度对拱坝的动力响应和破坏分布有明显影响。Ｐａｎ等 ［１２ － １３］ 研究了 ３００ｍ高拱坝远场水下爆炸的初
始应力和接头对非线性动力响应、破坏模式和变形机制的影响，发现初始应力和接缝对高拱坝的破坏
发展传播和非线性动力响应有明显影响。目前的研究主要聚焦于拱坝在水下爆炸荷载下的动力响应以
及毁伤特性，研究中主要采用自由场水下爆炸经验公式 ［１４］ 来确定入射波荷载，未考虑水下爆炸冲击波
在上游库水中的传播过程。高拱坝多修建于高山峡谷地区，复杂的地形会对水下爆炸冲击波的传播产
生显著的影响，导致高拱坝水下爆炸冲击荷载比自由场水下爆炸冲击荷载更为复杂。
水下爆炸荷载的正确确定是进行动力响应计算以及抗爆性能评估的前提，开展水下爆炸作用下拱

收稿日期：２０２３ － １０ － １６；网络首发日期：２０２４ － ０５ － ２１
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０５１９．２０３９．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金重点项目（５１９３９００８）
作者简介：黄宇峰（ １９９８ － ），博士生，主要从事高坝抗爆防护研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｈｙｕｆｅｎｇ０８１６＠１６３．ｃｏｍ
通信作者：卢文波（１９６８ － ），博士，教授，博士生导师，主要从事岩石动力学、工程爆破以及高坝抗爆等研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｗｂｌｕ＠
ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

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