地面核爆炸时,爆心以上的能量不能作用到地下,此时耦合地下的能量是爆炸能量通过汽化、液化以及高压做功引起的。由于气体、固体的密度差异很大,高压做功的维持时间也短,耦合到地下的能够有效维持地下应力波传播的能量很少。当爆炸在一定埋深条件下发生时,在地面拉伸波影响到爆心前,爆心位置的高压一直存在,使得耦合到地下的能够有效维持地下应力波传播的能量大大增加,也使得对地下目标的破坏大大增强[29]。一般认为,只要具有数米的埋深,耦合到地下的能量就比地面爆炸耦合到地下的能量增加一个量级左右。图8说明了随着比例埋深的增加,耦合到地下的能量大幅增加,比例埋深从 0 增加到0.2 m/kg1/3时,与地面爆炸相比,耦合到地下的能量增加了1个多量级,随后的增加趋势变缓[30]。美国国防部国防威胁缓解局(DTRA)的效应手册-1(EM-1)定义一个等效当量因子(EYF),表示总能量与地下冲击波能量随比深(或比高)的关系。研究表明,300 kt钻地武器在地下3 m处核爆时(比深为0.45)地下冲击波的EYF约为20,即相当于6 000 kt触地爆对地下的力学效应。这充分说明钻地武器在大大减小核爆当量的条件下提高了对地下加固的摧毁能力。美俄地下核试验资料表明,耦合到地下的核爆炸能量,能诱发地下岩体的地震效应,使块系岩体产生运动和永久位移。这既是岩石动力学的科学前沿课题,也是深地下防护工程设计必须应对的关键课题。我国的地下防护工程大多建于上世纪六七十年代,工程抗力设计标准偏低,伪装问题突出,综合防护能力薄弱。近十年来,高抗力防护工程相关研究受到重视,但总体来讲,形势仍不容乐观。钻地弹爆炸后,冲击波向外传播,典型的破碎区延伸至1.5~3倍空腔半径,这个区域中的多数结构将被完全破坏。处于远区的洞库结构所受地冲击压力的大小则取决于它与爆心的距离以及介质的性质。研究表明,在花岗岩中1 kt填实封闭爆炸的峰值压缩应力在60 m远处可以超过100 MPa,10 kt爆炸在140 m远处也可超过100 MPa。完全无衬砌的坑道在10 MPa应力水平下即可能坍塌,导弹发射竖井之类的加固结构也只能承受约50 MPa的压力。
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