[科普中國]-壓密度臺

壓密度臺用于空隙被液體飽和的粉體物料進行壓密試驗，以求與壓密有關的數(shù)據(jù)的設備。壓密度臺可分為浮環(huán)形和固定環(huán)形兩 種。原來壓密度臺用在土質力學領域內(nèi)。但與壓密有關的 些過程，如過濾、壓擠等過程的分析也常用壓密度臺。

簡介壓密度臺原采用繼電接觸器控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是按“并行”方式工作的。只要形成電流通路就可以有幾個繼電器同時動作。要求接人繼電器多，聯(lián)接線路復雜，設備運行過程中繼電器反復啟動頻率高，繼電器損耗嚴重，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，維修難度大。壓密度臺預壓、本壓、排壓過程中，時間要求上采用行程開關與時間繼電器控制，無法精確到1秒鐘之內(nèi)，并且繼電器的啟動也占用了一定時間，這樣就降低了設備的生產(chǎn)效率。1

結構壓密度臺主要由機械系統(tǒng)(工件旋轉盤、氣密試驗水槽及氣動系統(tǒng))與電控系統(tǒng)二大部分組成。

第一、工件旋轉盤：旋轉盤上設置20路高壓檢測管道，每路安裝獨立的壓力開關、電磁換向閥、壓力顯示表等控制裝置。

第二、氣密試驗水槽：水槽主體為U形，容積約5 。水槽側面與底部安裝反光鏡。

第三、氣動系統(tǒng)：由減壓閥、電磁換向閥、壓力開關、壓力表和分流管道組成。

系統(tǒng)功能壓密度臺控制系統(tǒng)的改造，考慮到系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定可靠性和實用性，功能上采用手動和自動控制方式，增加報警燈與蜂鳴器的顯示警告功能和紅外線防誤操作功能等。

工作原理懸掛鏈按一定的斜度下降，把壓縮機送進入檢測水槽中。通過同定的導電滑片(圖1所示)與旋轉盤每一個丁位上的電磁換向閥切換。對壓縮機預壓、本壓、排壓三個階段控制。預壓階段氣壓(0．1～0．15 Mpa)，預壓電磁閥通是本壓試驗前的準備。本壓階段氣壓(3～5 Mpa)。本壓完成進入排壓階段，把壓縮機里面的高壓氣體排放出來。

土體壓密慮到土體在爆炸作用下產(chǎn)生塑性變形，應用塑性力學中反映巖土材料抗壓強度大于抗拉強度效應以及對靜水壓力敏感性的Mohr-Coulomb屈服準則和爆炸力學中應力衰減規(guī)律理論推導塑性區(qū)范圍，同時結合鮑姆方程推導塑性區(qū)壓密程度及壓密后土體密度值的計算公式。

壓密模型建立炸藥在土體中爆炸時，爆轟氣體絕熱膨脹首先對其周圍土體產(chǎn)生持續(xù)時間極短的沖擊壓縮作用，在土體中激起沖擊波，沖擊波迅速向四周傳播并衰減為應力波。隨后爆生氣體在空腔內(nèi)準靜態(tài)膨脹進一步壓縮土體，當爆生氣體的壓力不足以推動土體壓縮和應力波衰減到其應力峰值小于土體產(chǎn)生徑向位移所需應力時，爆炸壓密作用消失，由此形成一定尺寸的爆炸空腔和壓密區(qū)。此時，半無限土體可劃分為空腔區(qū)、壓密區(qū)和原狀土區(qū)。

下面以柱狀裝藥結構在土體中爆炸為例進行土體壓密原理分析。為突出重點、便于分析，特作如下假定：

(1)裝藥結構空間斷面為圓形，作用孔壁周圍的壓力均勻，形成的空腔和塑性區(qū)邊界斷面亦為圓形：

(2)土體受爆炸壓縮的響應時間比炸藥爆轟時間長得多，考慮柱狀藥包全長范圍內(nèi)同時起爆；

(3)土體為理想彈塑性材料，材料服從Mohr-Coulomb屈服準則；

(4)試驗區(qū)應力遠遠小于爆炸應力，不考慮豎向地應力的影響(一般藥柱埋深較淺)；

(5)忽略柱狀裝藥段的土體軸向位移，按照平面應變軸對稱問題分析徑向變形。2

總結(1)土體由三相介質組成，從而造成土體結構和性質的復雜性。應力波在土體中傳播規(guī)律不同于單一相介質中的傳播規(guī)律，應力波在土體中傳播規(guī)律極其復雜，但是始終滿足質量、動量和能量的守恒。

(2)爆炸作用下土體壓密的機理為在低壓時表現(xiàn)為土體孔隙的壓縮，骨架受到破壞。在高壓時，表現(xiàn)為土體固體顆粒、水、空氣的體積壓縮。

(3)通過土塑性力學和爆炸力學建立土體壓密模型，推導土體壓密范圍和壓密后密度公式，以溝通爆炸參數(shù)和土體參數(shù)之間的關系，為以后工程實踐確定爆炸參數(shù)提供基礎性的參數(shù)指導。

(4)理論推導爆炸壓密效果公式采用土體常用的Mohr-Coulomb屈服準則，改變以往使用的Mises屈服準則。因為Mohr．Coulomb屈服準則可以反映巖土材料抗壓強度大于抗拉強度效應以及對靜水壓力敏感性，因此比較符合實際情況。

(5)土體在爆炸作用下的壓密效果與土體性質、炸藥性質及裝藥結構有關，是三者相互作用及相互影響的結果。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李曉林 - 教授 - 西南大學