常敬臻，盧永剛，周 巖，梁 斌

（中國工程物理研究院總體工程研究所，四川綿陽 621900）

0 引言

磚墻作為一種常用的建筑材料，廣泛應(yīng)用于民用和軍事建筑。隨著國際反恐形式的增加，如何破除建筑物外墻，順利進(jìn)入建筑物以便解救人質(zhì)和打擊敵人，成為攻堅戰(zhàn)斗部設(shè)計的研究重點。目前，通常采用內(nèi)爆、侵徹／擊潰兩種思路開展武器設(shè)計。在內(nèi)爆條件下，巖石、混凝土和磚墻等非均勻材料的破壞是一個相當(dāng)復(fù)雜的動力學(xué)過程。在過去幾十年里，針對混凝土和巖石目標(biāo)內(nèi)爆破壞機(jī)理開展了大量的試驗和理論研究［1－2］。而磚墻由磚砌體和砂漿組成，相比混凝土和巖石目標(biāo)，磚墻具備更加強(qiáng)烈的離散性，對其在內(nèi)爆條件下破壞形式和毀傷機(jī)理尚不十分明確。

文中通過開展磚墻目標(biāo)內(nèi)爆試驗，探索了裸藥、鋁合金殼體裝藥和PPR（無規(guī)共聚聚丙烯管）殼體裝藥條件下對磚墻的內(nèi)爆毀傷效應(yīng)，從藥量和殼體材料對磚墻目標(biāo)的毀傷效應(yīng)影響因素進(jìn)行了初步分析。

1 試驗設(shè)計

1.1 裝藥件

裝藥件分為裸藥試驗件、鋁合金殼體試驗件和PPR殼體試驗件三種，圖1為三種裝藥試驗件簡圖。試驗件的裝藥直徑均為Φ40mm，根據(jù)藥量的不同，試驗件裝藥長度為77～116mm（不含雷管座），裝藥類型為鈍化黑索今（主要成分為環(huán)三甲基三硝胺，內(nèi)加添加劑使其具備良好的安定性），滿足GJB296A－1995《黑索今規(guī)范》要求，裝藥密度為1650kg／m3。采用壓裝的方式將裝藥壓制成圓柱塊，藥塊與藥塊之間通過蟲膠漆粘接，采用膠帶包裹固定，形成裸藥試驗件；或?qū)⒄辰雍玫乃幹湃脘X合金或PPR殼體內(nèi)，形成帶殼試驗件。通過在試驗件尾部安裝雷管座，插入雷管起爆。

為模擬真實戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)，減少端部泄壓對起爆后毀傷威力的影響，在采用鋁合金殼體和PPR殼體進(jìn)行裝藥時，分別設(shè)計了平頭彈頭和尖卵形彈頭，采用粘接的方式固定在殼體上。

圖1 裝藥試驗件

1.2 目標(biāo)磚墻

目標(biāo)磚墻中心區(qū)域厚度為370mm，采用普通燒結(jié)磚作為砌體和標(biāo)號為M5的水泥砂漿堆砌、自然風(fēng)干制成。磚砌體尺寸為240mm×114mm×53mm，密度1700kg／m3，標(biāo)號 MU25（設(shè)計抗壓強(qiáng)度25MPa），符合GB5101－2003《普通燒結(jié)磚》相關(guān)要求。水泥砂漿設(shè)計抗壓強(qiáng)度為5MPa，配合比為水泥∶砂∶水＝200∶1500∶280，粗骨料為中砂（最大粒徑0.5mm），水泥為標(biāo)號32.5的普通硅酸鹽水泥，建造時涂抹砂漿厚度不大于5mm。

磚墻分為兩類：一類外表涂抹水泥砂漿，稱為“三七墻”（圖2（a））；另一類外表未作任何處理，稱為“三七裸墻”（圖2（b）），按照 GBJ203－1983《磚石工程施工及驗收規(guī)范》進(jìn)行建造和驗收。兩類目標(biāo)墻均在主墻體四周采用磚垛的方式對其約束。

圖2 目標(biāo)磚墻

1.3 試驗布置

試驗前采用預(yù)制孔洞的方式在磚墻上開孔，開孔尺寸與試驗件外徑相當(dāng)，開孔深度為磚墻厚度的2／3（約為250mm）。試驗時插上雷管，將試驗件放置于預(yù)制孔洞內(nèi)進(jìn)行試驗。

2 試驗結(jié)果與分析

試驗共進(jìn)行8發(fā)，通過靜爆試驗獲得了不同藥量及殼體材料裝藥條件下對磚墻的開孔效應(yīng)（圖3），測試獲得了磚墻的開孔尺寸。

圖3 試驗件開孔效果

表1中給出了試驗件的裝藥尺寸、試驗安排及試驗結(jié)果，試驗時試驗件端部距墻體背面約120mm，試驗件處于磚墻中心位置，雷管（起爆點）位于試驗件尾部。8發(fā)試驗件的藥量范圍為160～240g，除2＃和5＃試驗中由于內(nèi)爆導(dǎo)致目標(biāo)墻部分坍塌外，其余6發(fā)試驗件對目標(biāo)墻的破壞均保持了目標(biāo)墻的完整性。

表1 采用鈍化黑索今裝藥的試驗安排及試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果來看，藥量是影響磚墻目標(biāo)毀傷效果的首要因素，相同殼體材料及目標(biāo)墻條件下，隨著藥量的增加，目標(biāo)墻的開孔尺寸增大。而殼體材料是影響毀傷效果的另一重要因素，試驗中對比了三種不同殼體裝藥狀態(tài)下的靜爆威力，對試驗結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，鋁合金殼體裝藥件的靜爆威力小于裸藥和PPR殼體裝藥件靜爆威力。分析認(rèn)為，由于靜爆過程中鋁合金殼體對爆炸產(chǎn)生的沖擊波存在較強(qiáng)的徑向約束，導(dǎo)致沖擊波沿軸向泄漏，周向沖擊波對墻體作用相比裸藥試驗件靜爆效應(yīng)降低，導(dǎo)致爆腔減小，造成鋁合金殼體裝藥件對目標(biāo)墻的靜爆毀傷效應(yīng)較裸藥毀傷效果差。

從爆炸產(chǎn)生的作用機(jī)理來看，在爆炸產(chǎn)物作用下，目標(biāo)的破壞是一個相當(dāng)復(fù)雜的動力學(xué)過程。磚墻、巖石等非均勻目標(biāo)裝藥內(nèi)爆時，材料的破裂、破碎及拋擲是爆炸應(yīng)力波和爆生氣體混合作用的結(jié)果，即爆破能量是通過沖擊波和爆生氣體傳遞給目標(biāo)的，前者主要消耗在爆腔的初始擴(kuò)張，引起目標(biāo)彈性變形，形成粉碎區(qū)和產(chǎn)生裂隙；后者則主要用于擴(kuò)大爆腔、延伸裂隙和拋擲目標(biāo)。

爆轟波和高溫高壓爆生氣體產(chǎn)物撞擊孔壁在炮孔周圍激起徑向傳播的爆炸沖擊波，具備很強(qiáng)的沖量和很高的能量，受其沖擊壓縮作用，目標(biāo)極度粉碎而形成爆孔周圍的粉碎區(qū)；同時孔壁材料發(fā)生徑向外移，爆腔擴(kuò)大。沖擊波由于對目標(biāo)做功，傳播過程中衰減很快，作用范圍不大，但對目標(biāo)的破壞程度卻非常大，消耗的爆炸能比例也相當(dāng)高。

采用PPR殼體制成試驗件毀傷威力優(yōu)于鋁合金殼體試驗件，其主要原因也是因為PPR殼體對爆炸產(chǎn)生的徑向約束較小，爆轟波在徑向和軸向?qū)δ繕?biāo)的毀傷作用相當(dāng)，爆腔增大。

對比1＃和3＃試驗結(jié)果，兩者藥量及裝藥狀態(tài)均相同，對不同的目標(biāo)墻毀傷結(jié)果存在較大差異。分析認(rèn)為目標(biāo)墻涂抹水泥砂漿后，水泥砂漿墻皮對墻體破壞存在約束，一定程度上限制其破壞，爆炸產(chǎn)生的爆轟能量相當(dāng)一部分作用在破壞水泥砂漿墻皮上，導(dǎo)致與裸墻的破壞效果存在差異。

3 結(jié)束語

通過開展不同殼體材料裝藥條件下對磚墻目標(biāo)的內(nèi)爆試驗，驗證了炸藥藥量、殼體材料對磚墻毀傷威力的影響。試驗結(jié)果表明，藥量是影響毀傷效應(yīng)的首要因素，而涂抹水泥砂漿的目標(biāo)墻體與裸墻毀傷效應(yīng)存在差異，認(rèn)為水泥砂漿墻皮消耗了爆炸產(chǎn)生的爆轟能量，限制了對目標(biāo)墻的破壞。

此外，試驗表明殼體材料對爆轟波的徑向傳播影響較大，鋁合金殼體對爆炸產(chǎn)生的沖擊波存在較強(qiáng)的徑向約束，導(dǎo)致周向沖擊波對墻體作用相比裸藥和PPR殼體材料裝藥件毀傷效應(yīng)降低，導(dǎo)致爆腔減小、毀傷效果減弱，建議在開展工程設(shè)計時應(yīng)關(guān)注選取合適的殼體材料以達(dá)到較好的毀傷效應(yīng)。

文中主要針對靜態(tài)條件下磚墻目標(biāo)內(nèi)爆毀傷效應(yīng)進(jìn)行了初步討論，而實戰(zhàn)時戰(zhàn)斗部多按照動態(tài)侵徹、內(nèi)爆的作用時序工作，建議在開展武器終點彈道設(shè)計時除了對戰(zhàn)斗部本身的毀傷效能進(jìn)行研究外，應(yīng)盡可能使戰(zhàn)斗部位于目標(biāo)中心位置起爆，使其達(dá)到最優(yōu)毀傷效果。

［1］武海軍，黃風(fēng)雷，付躍升，等.鋼筋混凝土中爆炸破壞效應(yīng)數(shù)值模擬分析［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報，2007，27（3）：200－204.

［2］吳亮，盧文波，宗琦.巖石中柱狀裝藥爆炸能量分布［J］.巖土力學(xué)，2006，27（5）：735－739.