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黄河冰凌的出现影响改变了水流运动规律,危及堤防、河道工程、桥梁、涵闸和其它水工建筑物的安全。当黄河中出现冰塞、冰坝后,往往雍高水位,漫堤决口,严重影响了沿岸人民群众的生命财产安全,给国家和社会造成重大损失。针对传统的黄河防凌减灾中目前采用的以军队实施的向冰面抛掷炸弹的方法,这种方法在黄河凌汛期的紧急抢险中发挥了很大的作用,但是成本高、炸药能量利用率低、效果差,且有时爆炸所产生的空气冲击波会给两岸设施及人员带来一定的危害。针对这种弊端,以及频频出没的极端气候,由华北水利水电大学的孟闻远教授带领的黄河防凌减灾研究所团队在基于聚能随进技术的基础上,提出“变被动防御为主动防御、变军队应急机制为军民联合防治机制、变传统器材爆破为现代军民两用器材爆破”新的防凌理念与技术方案,于2010年提出了基于聚能随进技术的冰凌爆破新方案;基于聚能随进技术研发不同的爆破防凌器材异常重要,这一新的利用聚能随进技术研发的防凌器材可以有效地大大节约防凌成本,而且破冰效果好,不论对黄河防凌还是社会都具有重要的意义。 黄河防凌减灾在国内外研究一直囿于传统的理念及技术,本文基于新的防凌理念及技术方案,通过ANSYS/LS-DYNA软件建立冰体爆破模型,运用LS/PREPOST后处理程序系统分析了不同炸药埋深、不同装药量、不同冰厚等不同工况下冰体破坏的体积或直径。运用 ORIGN绘图软件对比分析不同冰厚的最佳爆破位置,得出冰层厚度在20cm~60cm时,以水为约束介质的最佳爆破作用系数为K= R/ H=0.5~1,冰层下药包接近爆炸的效果明显比冰层内(或冰面)药包爆破的效果好很多。数值模拟结果与现场试验结果表现出良好的一致性,通过模拟的不同工况下的爆破参数组建防凌爆破数据库,为设计方研发一系列不同防凌器材提供参考,对今后黄河不同凌灾的防治运用不同的器材具有重要的现实意义。 笔者通过ANSYS/LS-DYNA软件建立冰凌爆破数值模型,设定冰厚10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm等一系列不同地区的冰层,设定1.2kg、2.4kg、4.8kg等不同的装药量,设定-30cm、-20cm、-10cm、0、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm等不同的炸药埋深,运用ANSYS/LS-DYNA和ORIGN软件系统地对比计算分析得出一系列爆破参数,并与现场试验进行对比,验证了数值模型结果的可靠准确性,从而为组建冰凌爆破参数数据库奠定了基础,为爆破防凌器材的设计方提供了不同凌灾程度的爆破器材设计参数,以供他们制造一系列的防凌爆破器材,降低了防凌成本,而且破冰效果好,对周围的水工建筑物不会造成损害,具有重要的社会经济意义。 本论文所有的研究工作旨在为黄河流域和黑龙江流域及其它流域冰凌灾害防灾减灾研究以及聚能随进破冰器材装备研发提供参考。