第四部分-地下工程戰(zhàn)爭災害防護

地下工程戰(zhàn)爭災害防護苗勝軍北京科技大學土木工程系內容提要現代戰(zhàn)爭災害特點與防護原則核武器沖擊波對地下工事孔口的作用土中應力波及其作用在地下結構上的荷載地下人防工程防護措施與設備一、現代戰(zhàn)爭災害特點與防護原則現代戰(zhàn)爭造成地下工程災害的主要武器各國民防建設概況地下工程戰(zhàn)爭災害防護原則1.現代戰(zhàn)爭造成地下工程災害的主要武器鉆地彈核武器1.1鉆地彈鉆地彈——又叫“深侵徹炸彈”或“掩體粉碎機”。鉆地彈頭主要由一個預侵徹彈頭（或稱先導彈頭）和一個主侵徹彈頭（或稱后繼彈頭）組成，能夠遁地而行，可穿透深達30多米的地下土層、厚達6米多的地下巖石或鋼筋混凝土。深侵徹原理：預侵徹彈頭爆炸→射束流→迅速撕開目標表面形成洞口→主侵徹彈頭立即進入目標內部→繼續(xù)侵徹→延時爆炸。鉆地彈載體——巡航導彈彈體、航空炸彈彈體及火箭等充當，以使彈頭獲得足夠的速度。常規(guī)鉆地彈——“杰達姆”（JDAM）聯(lián)合制導攻擊武器、“三軍通用防區(qū)外攻擊導彈”（TSSAM）、“擴孔器”鉆地彈、“帶矛者”鉆地彈等。核鉆地彈——B61-11核航彈。中國駐南使館遭襲案：北京時間1999年5月8日凌晨5時45分，美軍公然襲擊中國駐南使館，就是一架B-2A隱身戰(zhàn)略轟炸機一次投了6顆908千克重的GBU-31JDAM制導炸彈，從不同方位擊中我駐南使館建筑物的不同部位并穿入內部和地下爆炸，使我駐南使館遭到嚴重破壞，制造了導致3名中國新聞工作者死亡、近30人受傷的驚世血案。1.2核武器核彈——對一定深度內的地下工程有毀滅性的打擊。載體——洲際彈道導彈（美國“民兵Ⅲ”洲際導彈）。2.各國民防建設概況前蘇聯(lián)美國西歐日本、西德新加坡中國2.1前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)民防高度發(fā)達戰(zhàn)時70％居民可進入地下避難莫斯科地鐵可容納350萬人地下兵工廠、飛機庫2.2美國核武器壟斷時代，不重視民防建設，強調戰(zhàn)時疏散核壟斷打破后，開始加強民防建設，建立許多戰(zhàn)時指揮中心2.3西歐西歐民防十分重視瑞士、瑞典、法國、挪威、芬蘭等國家均十分重視民防建設瑞典戰(zhàn)時全數人口可進入地下瑞士建設高抗力巖洞，1976年建成容量2萬人巖洞2.4日本、西德日本、西德——非常重視西德民房都有兩層地下室，平戰(zhàn)轉換很容易2.5新加坡新加坡——非常重視地鐵作防空設計：連續(xù)墻1.2m厚，最深55m，頂板2～3m厚，內襯0.4m厚，出入口有大型堅固的防護門、密閉門2.4中國古代宋遼邊關“地下長城”現代建國初期～60年代69年珍寶島戰(zhàn)爭，中蘇對立80年代90年代現在建國初期～60年代?1953年11月，國家召開了第一次全國人民防空會議，提出人防建設方針：“長期準備、重點建設”。?總結朝鮮戰(zhàn)爭教訓，十分重視常規(guī)武器防護，在全國各地修建許多高抗力的地下工事，沿用蘇聯(lián)標準。?1958年9月，國務院批示，市、區(qū)、縣人防委撤銷，人防工程建設基本停止。?1962年國民黨蔣介石叫囂反攻大陸，東南沿海形勢緊張，恢復市、區(qū)、縣人防委。69年珍寶島戰(zhàn)爭，中蘇對立?“深挖洞、廣積糧、不稱霸”?1978年10月，國家召開第三次全國人民防空會議，提出人防建設方針："全面規(guī)劃，突出重點，平戰(zhàn)結合，質量第一"80年代?強調平戰(zhàn)結合，人防工程與城建結合。?86年原則：“人防工程建設和城市建設相結合”。90年代?“十六字”方針：“長期堅持，平戰(zhàn)結合，全面規(guī)劃，重點建設”。?實際情況——松懈！民宅設防幾乎沒有，不設者交罰款了之。當前?例如：上海市吸引中外投資，聯(lián)合開發(fā)地下空間，加速人防建設發(fā)展。3.地下工程戰(zhàn)爭災害防護原則“十六字”方針：長期堅持，平戰(zhàn)結合，全面規(guī)劃，重點建設。設計原則1）人防工程按防護等級設計2）主要針對核爆炸沖擊波的防護原則3）不考慮常規(guī)武器襲擊4）鉆地彈未考慮3.1人防工程按防護等級設計由于襲擊的不確定性，人防工程按重要性劃分等級，按等級進行設計、施工。表1人防工程防護等級（1972年）

級別12344B56抗力

(kg/cm2)241263210.5127火箭、250磅穿甲彈常規(guī)武器。廈門會議決議不考慮常規(guī)武器。注：4B級1982年增設。3.2主要針對核爆炸沖擊波的防護原則1）出入口應避開建筑倒塌范圍，孔口建筑采用破壞后易于清理的輕型結構；2）設置兩個以上出入口，朝向不同，相隔一定距離；3）按沖擊波和壓縮波的動力作用設計結構，盡量利用上覆土層的防護能力；4）出入口設置防爆門、高抗力的密閉裝置。二、核武器核武器爆炸原理核武器的殺傷破壞作用其他武器的破壞效應核武器爆炸的空氣沖擊波1.核武器爆炸原理利用原子核裂變反應（原子彈）或聚變反應（氫彈）時釋放的巨大能量起殺傷作用的武器，稱為核武器。第一代：原子彈第二代：氫彈第三代：中子彈、核電磁脈沖彈（EMP）、沖擊波彈、核鉆地彈、增強X射線彈、核激勵X射線激光器發(fā)展中的第四代：金屬氫武器、反物質武器、核同質異能素武器1.1原子彈鈾(U235)或钚(Pu239)的原子核在中子的轟擊下，分裂為兩塊質量相當的較輕元素（核裂變），同時放出2~3個中子，并釋放能量。放出的中子又轟擊鈾或钚的原子核，產生鏈式反應。整個反應在百萬分之一秒內完成，釋放巨大能量。臨界質量：裂變材料質量小于臨界質量時，受到中子沖擊時不會產生核裂變，因為材料體積小，中子碰不到原子核，或者被鈾核反射，也可能被吸收并以γ射線輻射出去，也可能被雜質吸收。鈾235和钚239的臨界質量分別為52和10kg。原子彈起爆方法：內爆式、槍式。1.2氫彈氫的同位素氘和氚在高溫（幾百萬攝氏度）和高壓（數百萬個大氣壓）下聚合成為氦（核聚變）。氫彈原料是氘化鋰。氫彈靠原子彈爆炸的高溫（3000萬度）和高壓觸發(fā)，沒有原子彈就沒有氫彈。氫彈的威力是原子彈的4倍。1.3核武器的當量核武器的爆炸威力用爆炸威力相當的TNT重量表示，稱為“當量”。廣島原子彈(U)1.25萬噸TNT當量，長崎(Pu)2.2萬噸。1kg鈾235=2萬噸TNT1kg（氘、氚）=8萬噸TNT氫彈的威力是原子彈的4倍

小型中型大型超大型<2萬噸2～10萬噸10～50萬噸>50萬噸2.核武器的殺傷破壞作用核武器的爆炸方式——爆炸方式不同，殺傷力大不一樣。核武器的殺傷破壞作用因素——五毒俱全2.1核武器的爆炸方式爆炸方式：空爆（空中爆炸）地爆（地面、水面爆炸）地下爆炸（地下、水下）核爆炸的方式一般按“比高”大小來區(qū)分。比高——核彈實際爆炸高度與核彈當量立方根之比，即式中：n—比高；H—距離地面的實際爆炸高度，m；Q—當量，千噸。2.1核武器的爆炸方式比高與爆炸方式：n爆炸方式2萬噸高度/m10萬噸高度/m破壞力<60地爆<163<278極強60~120低空163~326278~557強120~200中空326~543557~928較低200~250高空543~679928~1160小>250超高空>679>1160用于破壞太空目標2.2核武器的殺傷破壞作用因素核武器破壞效應：在核武器爆炸時及爆炸后，會相應地產生五種殺傷破壞因素，即熱輻射、空氣沖擊波、早期核輻射、放射性沾染和核電磁脈沖。沖擊波核電磁脈沖放射性沾染早期核輻射熱輻射核武器沖擊波傷（blastinjuries）直接沖擊傷

?超壓和負壓和直接作用：單純的超壓和負壓作用一般不造成體表損傷，主要傷及心、肺、胃腸道、膀胱、聽器等含氣體或液體的臟器?動壓的拋擲和撞擊作用：人體受沖擊波的沖力作用后，獲得加速度，發(fā)生位移或被拋擲，在移動和降落過程中，與地面或其它物體碰撞而發(fā)生各種損傷。如肝、脾破裂，軟組織撕裂，顱腦損傷，骨折，脫臼，甚至肢體離散。?巖土中的壓縮波：一部分能量傳入地下而在地層內形成巖（土）中沖擊波，破壞巖土中的防護工程和其他地下工程。間接沖擊傷：由于沖擊波的作用，使各種工事，建筑物倒塌，產生大量高速飛射物，間接地使人員產生的各種損傷。核爆炸所釋放的能量約有50%~60%形成了沖擊波?？諝鉀_擊波是對人員和防護工程主要的破壞殺傷因素。光（熱）輻射傷光沖量——火球在整個發(fā)光期間與光線傳播方向垂直的單位面積上的熱量，單位：卡/平方厘米。光輻射能量約占總能量的35%。光輻射可引起體表皮膚、粘膜等燒傷，稱為直接燒傷或光輻射燒傷。在光輻射作用下，建筑物、工事和服裝等著火引起人體燒傷，稱為間接燒傷或火焰燒傷。五官，特別是眼睛損傷嚴重。早期核輻射傷早期核輻射主要是由爆炸最初十幾秒鐘內放出的α

射線、射線、γ射線和中子流。早期核輻射（γ

射線和中子）特點：穿透力強、引起放射性損傷、傳播時發(fā)生散射、中子會造成其他物質發(fā)生感生放射性、作用時間很短。當人體受到一定的劑量照射后，可能引起急性放射病，也可能發(fā)生小劑量外照射生物效應。核輻射的度量單位稱為“戈瑞”（Gy）。放射性污染傷外照射損傷人員在嚴重沾染區(qū)停留，受到γ射線外照射劑量＞1Gy（戈瑞）時，可引起外照射急性放射病。內照射損傷落下灰通過各種途徑進入體內，當體內放射性核素達到一定的沉積量時，可引起內照射損傷。β

射線皮膚損傷落下灰直接接觸皮膚，當劑量＞5Gy時，可引起β

射線皮膚損傷。核電磁脈沖核爆炸時伴隨有電磁脈沖發(fā)射。另外，早期核輻射和光輻射也會引起空氣電離使大氣電離性質發(fā)生變化。電磁脈沖的成分大部分是能量位于無線電頻譜內的電磁波。這種電磁波，作用半徑可達幾千千米。對人員沒有直接的殺傷作用，但能消除計算機上貯存的信息，使自動控制系統(tǒng)失靈，家用電器受到干擾和破壞。直接地沖擊是指核爆炸由爆心處直接耦合入地層內的能量所產生的初始應力波引起的地沖擊。對于完全封閉的地下核爆炸，它是實際存在的唯一的地沖擊形式；對于空中核爆炸一般不存在直接引起的地沖擊；對于觸地爆或近地爆，直接引起的地沖擊是爆心下地沖擊的主要形式。沖擊與振動由直接地沖擊或空氣沖擊波沿地面?zhèn)鞑ギa生的地運動，有時雖然沒有造成結構破壞，但可使結構產生振動。當振動參數值超過人員或設備可以耐受的允許限度時，會造成人員傷亡和設備損壞。核武器實戰(zhàn)演習——在核爆炸中心地帶進行實戰(zhàn)演習?美國在1951-1956年間進行了8次核彈實兵演習?蘇軍敢死隊在1954年和1956年進行了兩次演習

原子彈、氫彈與中子彈的殺傷破壞因素比例沖擊波光（熱）輻射早期核輻射放射性污染原子彈氫彈50％35％5％10％中子彈34％24％40％2％中子彈——增強輻射的特殊氫彈。以高能中子為主要殺傷因素，相對減弱沖擊波和光熱輻射效應。中子彈不破壞物體，只殺傷生命。中子穿透力強（30cm厚鋼板），可殺死坦克中人員而坦克無損。200m內生命當場斃命，800m內生命5分鐘內失去戰(zhàn)斗力，兩天內死亡。常規(guī)武器破壞效應：人防工程抵御的常規(guī)武器主要指航空炸彈（簡稱炸彈或航彈）。根據破壞作用的不同，炸彈可分為普通爆破彈、混凝土爆破彈、穿甲彈和半穿甲彈。炸彈的大小一般按“口徑”分級，所謂口徑是指炸彈的名義重量，如250公斤炸彈、500磅炸彈等。常規(guī)武器破壞作用?

整體破壞作用?局部破壞作用

一般防空地下室不考慮抗炸彈直接命中。3.其他武器的破壞效應生化武器破壞效應：化學武器是指利用化學毒劑達到殺傷人員、毀壞植物為目的的兵器?；瘜W武器的典型毒劑是沙林和V.X.。

生物武器是依靠各種致病性微生物（細菌、立克次體、衣原體和病毒等）以及用細菌所產生的毒素來達到殺傷人員和牲畜的武器，其施放手段與化學武器相似。化學武器特性劇毒性多樣性流動性持續(xù)性局限性生物武器特性致病性

傳染性遲緩性

局限性城市次生災害：主要是指由戰(zhàn)爭引起的全城性質的間接災害，如城市大火、有毒氣體嚴重泄露、房屋大范圍倒塌等。局部破壞效應沖擊局部作用常規(guī)武器的破壞作用及防護對策沖擊局部破壞現象爆炸局部作用整體破壞作用炮彈命中簡支梁時的局部破壞作用和整體破壞作用

接地沖擊與感生地沖擊地下工程對常規(guī)武器的防護技術

武器命中目標對防護結構直接沖擊或近距離（包括接觸）爆炸時，結構響應大體可以分為兩個階段，即前期的應力波效應階段和后期的結構整體振動效應階段。4.核武器爆炸的空氣沖擊波核爆炸的空氣沖擊波

地面沖擊波的形成及其特點4.1核爆炸的空氣沖擊波空氣沖擊波的形成緊密相連的壓縮區(qū)和稀疏區(qū)脫離爆心向四周傳播。波陣面以超音速傳播。壓縮區(qū)：爆炸高壓強烈擠壓臨近空氣并不斷向外擴展的壓縮空氣層。稀疏區(qū)：壓縮區(qū)離開爆心，爆心處得不到能量的補充，形成壓力低于大氣壓的稀疏空氣層。空氣沖擊波的波形及參數p0—大氣壓pz—沖擊波到達時波陣面上的瞬時絕對壓力Δpz—超壓，即波陣面上壓力pz與大氣壓p0之差。超壓是防護設計的重要依據。Δp-—稀疏區(qū)內最低壓力與大氣壓p0之差tz—波陣面從爆心傳到觀測點的時間，秒t+—壓縮區(qū)通過觀測點的時間t-—稀疏區(qū)通過觀測點的時間動壓波陣面帶動空氣質點運動所形成的“暴風”產生的壓力。動壓的定義：ρ—氣體密度；v—氣體分子運動速度波陣面上最大動壓qm與超壓峰值Δpz的關系：沖擊波較強時，可能qm>Δpz沖擊波的反射壓力波陣面遇到障礙物時產生反射。反射時空氣不流動，動壓為零，但產生反射超壓。正反射時最大反射超壓Δpf與入射波波陣面上最大超壓Δp之比稱為反射系數Kf4.2地面沖擊波的形成及其特點地面沖擊波的形成爆心投影點及其附近（r<0.2H）：沖擊波遇到地面反射，反射壓力升高；地面沖擊波的形成爆心投影點以外地表：反射波與地表成一斜角——斜反射波。反射波速度比入射波速度大得多（空氣已被入射波壓縮和加熱，壓力高）。在距爆心大約H的地表處，反射波波陣面終于趕上入射波波陣面，兩者貼合成為一個單一的沖擊波，稱為合成沖擊波或馬赫波。不同區(qū)域地面沖擊波的反射壓力區(qū)域范圍地面受到的沖擊波地面受到的壓力爆心r<0.2H正反射波正反射壓力規(guī)則反射區(qū)r<H斜反射波超壓＋動壓不規(guī)則反射區(qū)r≥H合成沖擊波超壓＋動壓三、沖擊波對地下工事孔口的作用孔口是地下工事最薄弱處。沖擊波進入地下工事內部后發(fā)生變化，原因：①沖擊波在孔口外可能遇到地面反射，反射壓力升高；②沖擊波進入孔口后發(fā)生擴散膨脹波，超壓降低。影響因素：①孔口地形；②孔口朝向。地形影響復雜，一般只考慮簡單的情況，即口外為寬廣平面的情況。1.沖擊波進入通道后的超壓變化沖擊波波陣面進入孔口后將發(fā)生衰減，孔內超壓Δpn由下式確定：Δpw—口外超壓，根據沖擊波傳播方向決定是否反射壓力。β—入口衰減系數。1.沖擊波進入通道后的超壓變化有三種情況：沖擊波傳播方向與孔口軸線平行Δpw

(kg/cm2)1234568121621β0.580.530.490.470.450.430.400.370.350.33注：另有試驗表明，當Δpw較小時，表中系數可能偏低情況a：口外超壓Δpw是反射壓力。入口衰減系數β如下沖擊波傳播方向與孔口軸線垂直Δpw

(kg/cm2)1234568121621β0.580.530.490.470.450.430.400.370.350.33情況b：口外超壓Δpw不是反射壓力，而是地面沖擊波超壓。入口衰減系數β如下（同情況a）沖擊波傳播方向與孔口軸線夾角α

Δpw(kg/cm2)30o60o90o150o10.90.80.70.630.870.670.530.33情況c：口外超壓Δpw不是反射壓力，而是地面沖擊波超壓。入口衰減系數β如下2.防護門上的超壓當防護門處于通道內超壓Δpn的正反射壓力場內，防護門上的超壓Δpm等于正反射壓力，即：當防護門不處于通道內超壓Δpn的正反射壓力場內，防護門上的超壓Δpm等于道內超壓Δpn，即：2.1【例】【例】有一平地直通式斜梯出入口，與地面交角α＝60o。地面沖擊波超壓Δpd=1kg/cm2，求防護門上的超壓Δpm?！窘狻坑蓤D可見，地面沖擊波沿地面?zhèn)鞑?，沒有反射壓力，所以外壓等于地面沖擊波超壓，即從表查得α＝60o和Δpd=1kg/cm2時，有β＝0.8，所以Δpn=βΔpw=βΔpd

=0.8×1=0.8kg/cm2防護門處于反射壓力場之中，故門上壓力等于內壓的正反射壓力，即要點：注意外壓和門壓是否正反射壓力。四、土中應力波及其作用在地下結構上的荷載應力波土中壓縮波土中結構荷載的簡化確定方法1.應力波應力波的基本概念變形介質內的質點都是相互聯(lián)系著的，其中一處受到外界作用發(fā)生變形、應力等擾動，就要將這種狀態(tài)向其他部分傳播，這種傳播的過程叫做變形波或應力波。?縱波：波的傳播方向與它引起的介質質點的運動方向平行。?橫波：波的傳播方向與它引起的介質質點的運動方向垂直。?壓縮波：傳播壓力的縱波，其前進方向與質點運動方向一致。?拉伸波：傳播拉力的縱波，其前進方向與質點運動方向相反。?彈性波：在彈性介質中傳播的應力波。?彈塑性波：在彈塑性介質中傳播的應力波。?連續(xù)波或弱波：波陣面前后的介質應力或質點速度是連續(xù)的，但其一階導數不連續(xù)。?強間斷波或沖擊波：波陣面前后的介質應力或質點速度是間斷的、具有突變。彈性波彈性波傳播的應力σ、質點運動速度v和彈性波傳播速度c以及介質密度ρ之間的關系如下：對于線彈性介質，彈性波速度為應力波傳播速度c與質點運動速度v

是完全不同的兩個概念，波速一般要比質點速度大二到三個數量級。波速是材料固有的性質，只與介質特性（介質密度ρ和彈性模量E）有關，與彈性階段內的應力大小無關。質點速度正比于應力大小，反比于材料性質波阻抗

ρc（波阻抗也是材料固有的性質，

ρc=ρ·c）。如果不考慮空間擴散，線彈性介質中的應力波在傳播過程中既不改變波形也不改變大?。◤椝苄圆ㄔ趥鞑ミ^程中的波形和幅值均會發(fā)生變化）。2.土中壓縮波土壤的有關特點核爆炸空氣沖擊波引起的土中壓縮波2.1土壤的有關特點軟土是固體礦物顆粒組成的松散介質，顆粒相互接觸構成骨架，顆粒之間的空隙充滿空氣和各種狀態(tài)的水（自由水、結合水等）。土壤傳遞外界荷載，有時主要靠骨架，有時主要靠水，有時二者均起重要作用。非飽和土非飽和土中空氣的可壓縮性比固體骨架大很多，所以土壤的變形性能主要取決于骨架，決定于固體顆粒之間的摩擦力和粘結力。非飽和土中的水本身不受力和傳力，但可以影響粘結力。這種土只有在較小壓力下才保持彈性。荷載增加時，骨架破壞，固體顆粒之間發(fā)生相對滑動，產生較大塑性變形。因此，非飽和土常看作彈塑性固體介質。在動載作用下，非飽和土的應力應變曲線形狀與靜載時相似，但相應的變形較小。在沖擊波的作用下，土壤的變形模量比靜載時提高一到二倍甚至更多。非飽和土的-曲線飽和土不含空氣或空氣含量很少的飽和土，主要靠水分來傳遞外載。水的可壓縮性比固體骨架小許多倍，所以受壓的主要是水而不是骨架。但如果荷載作用下水分逸出，則土體壓縮最終決定于骨架。動載作用時間很短，水和空氣來不及移動，受力狀態(tài)與靜載下的封閉土體差不多。飽和土受力后各向應力相等，所以?？醋骼硐氲目蓧嚎s液體。

飽和土如果含有較多空氣，情況就要發(fā)生變化，變?yōu)橹饕羌苁芰?，或者在壓力較低時主要骨架受力，壓力升高后為骨架、水和空氣三相共同受力。含有少量空氣的飽和土的壓縮變形要比不含空氣時大幾倍至幾十倍。增加空氣含量，飽和土將向非飽和土轉變。飽和土的-曲線（圖中1為土中空氣體積與整個土體體積之比）2.2核爆炸空氣沖擊波引起的土中壓縮波1）土中壓縮波的形成核爆炸空氣沖擊波壓縮地表引起土中壓縮波，其波陣面垂直地面向下傳播。在規(guī)則反射區(qū)，可認為空氣沖擊波正面射向地面并均勻作用于地表。在不規(guī)則反射區(qū)，由于空氣沖擊波的傳播的速度D比土中壓縮波的速度c大得多，因而土中壓縮波的波陣面與地表之間的夾角

很小，因此也可看作是垂直向下傳播的?？諝鉀_擊波產生的土中壓縮波具有升壓時間，沒有陡峭的波陣面（除非直接作用于飽和土表面），升壓時間隨深度增加，峰值隨深度降低，作用時間增長。2）土中壓縮波的傳播衰減規(guī)律圖中曲線：1—地表空氣沖擊波的p-t曲線；2—深度h1處的土中壓縮波p-t曲線；3—深度h2處的土中壓縮波p-t曲線；土中壓縮波

土中壓縮波波陣面速度為c0（彈性波速），峰值壓力的傳播速度為c1（彈塑性波速），則深度h處的壓縮波升壓時間t1為

c—彈性波波速與彈塑性波速之比，即對于土壤近似取3，對于堅硬的巖石近似取2。圖中曲線：1—地表空氣沖擊波的p-t曲線；2—深度h1處的土中壓縮波p-t曲線；3—深度h2處的土中壓縮波p-t曲線；土中壓縮波深度h處的壓縮波峰值ph為

h——距地表深度，m。

α——衰減系數，人防設計規(guī)范規(guī)定取0.03~0.07，見下表。密實潮濕的土壤取低值，松散干燥的土壤取高值，對飽和土和巖石，取0，即不考慮衰減。圖中曲線：1—地表空氣沖擊波的p-t曲線；2—深度h1處的土中壓縮波p-t曲線；3—深度h2處的土中壓縮波p-t曲線；土中壓縮波

表

土中壓縮波衰減系數土性松散干燥中等密實潮濕飽和土和巖石α0.070.050.0303.土中結構荷載的簡化確定方法概述自由場壓縮波參數結構頂蓋動載與綜合反射系數kf結構側墻動載與動載側壓系數ξ結構底板動載與動載底壓系數η3.1概述1）地下結構動力分析的力學模型結構-荷載法——先確定結構周邊上的荷載，將結構與荷載脫離，如同地面結構那樣作動力分析。結構-土體共同作用法——將結構與土體視作一個整體，然后按波動理論或者動力理論的解析法或FEM計算。后者極其復雜，在設計中大多采用前一類力學模型。2）地下結構荷載的影響因素①地面空氣沖擊波參數；②壓縮波在自由場中傳播的參數變化；③壓縮波遇到結構時產生的反射。3）地下結構荷載的確定方法有許多方法，在此介紹“綜合反射系數法”。3.2自由場壓縮波參數空氣沖擊波引起的土中壓縮波一般簡化成“升壓平臺”型。其參數為壓力峰值ph和升壓時間t1。3.3結構頂蓋動載與綜合反射系數kf1）動載參數作用于結構頂蓋的動載近似按均布考慮，波形與自由場壓縮波形相同。但其參數不同，如下：升壓時間t1和頂蓋埋深處的自由場壓力升壓時間相同；動載峰值

kf——綜合反射系數，是結構頂蓋上的壓力峰值p1與自由場壓力峰值ph之比。對于非飽和土和飽和土有不同規(guī)定。2）綜合反射系數①非飽和土對于非飽和土，綜合反射系數kf與深度有關，如右圖所示。其中：kfm——綜合反射系數最大值，與結構形式及結構頂蓋的外包尺寸有關。綜合反射系數kfm與結構形式及結構頂蓋外包尺寸的關系：

外包尺寸不大的平頂結構，kfm＝1.4~1.5；

外包尺寸較大，值可稍許增加；

拱形結構比平頂結構稍小些。

當埋深大于某一深度（h>h3）時，不考慮反射，kfm＝1；

h1一般情況下取2米左右，h2及h3與結構的跨度有關。綜合反射系數②飽和土

對于飽和土，綜合反射系數kf一般可取1.8，與埋深及結構外包尺寸無關。如果結構未處于飽和土中，但其基底接近地下水位，也應取較大的kf值。3.4結構側墻動載與動載側壓系數ξ1）動載參數作用于結構側墻的動載近似按均布考慮，波形與自由場壓縮波形相同。但其參數不同，如下：

?升壓時間t1和側墻中點深處的自由場壓力升壓時間相同；?動載峰值

側墻的計算深度取墻高中點的埋深h。

ξ——壓縮波側壓系數。2）動載側壓系數

表

土壤側壓系數土壤差別側壓系數ξ碎石土0.15～0.25砂土地下水位以上0.25～0.35地下水位以下0.70～0.90黏土堅硬、硬塑0.20～0.40可塑0.40～0.70軟塑、流塑0.70～1.003.5結構底板動載與動載底壓系數η1）動載參數

底板動載是結構受到頂蓋荷載作用后往下運動產生的反力，由于慣性的影響，底板動載的升壓時間比頂板荷載的作用時間長。如果結構處于飽和土中，底板荷載升壓時間可取與頂板相同。處于非飽和土中，升壓時間按上述公式計算，其中深度h取底板埋深。?動載峰值

η——底壓系數。

2）底壓系數η

底壓系數是底板動壓峰值與頂蓋動壓峰值之比。對于非飽和土中的結構，η=0.5~0.75，土壤含水量較大時取大值，反之取小值。對于飽和土中結構，取η=0.8~1.0。

3.6【例】土中淺埋雙跨隧道結構如圖所示（圖中單位為cm）。地面空氣沖擊波荷載超壓峰值Δpd=1.0kg/cm2，結構埋深h=2m，土質為天然濕度砂粘土。試求在地面空氣沖擊波作用下，結構頂板、側墻和底板上受到動載的壓力峰值p1、p2、p3和升壓時間t1、t2、t3。有關系數取值如下：土層應力波衰減系數α=0.05，綜合反射系數kf=1.5，側壓系數ξ=0.3，底壓系數η=0.65，彈性波速c0=300m/s，彈性波速與塑性波速之比γc=3。3.6【例】解：沖擊波在正面受到阻擋，因此結構位置地面壓力為沖擊波反射壓力Δpw，即3.6【例】解：p1為頂板埋深h1=2m處土中壓力的反射壓力，即升壓時間為埋深h1=2m處的升壓時間，即3.6【例】解：p2為頂板埋深h2=3.9m處土中壓力的側壓力，即升壓時間為埋深h2=3.9m處的升壓時間，即3.6【例】解：p3為頂壓p1引起的地基反壓，即升壓時間為埋深h3=5.8m處的升壓時間，即防空地下室是結合地面建筑修建的防護性建筑物，是人防工程的重要組成部分。防護工程國防工程人防工程明挖工程暗挖工程單建式人防工程防空地下室地下建筑五、地下人防工程防護措施與設備——按防護特性劃分人防工程的分類甲類工程乙類工程能防預定核武器、生化武器及常規(guī)武器破壞效應的人防工程能防預定常規(guī)武器、生化武器破壞效應的人防工程指揮工程醫(yī)療救護工程防空專業(yè)隊工程人員掩蔽工程配套工程具有戰(zhàn)時不間斷指揮、通信功能戰(zhàn)時對傷員進行及時救護的工程戰(zhàn)時對人防體系進行保障的分隊掩蔽工程戰(zhàn)時為人員提供的掩蔽工程除上述功能分類外的其他人防工程——按戰(zhàn)時功能劃分人防工程的分類暗挖工程明挖工程單建掘開式防空地下室（附建式）地道式坑道式人防工程——按構筑類型劃分人防工程的分類造價經濟上下建筑互為加強不單獨占用城市用地便于實現平戰(zhàn)結合迅速掩蔽人員或物資形式容易受到上部建筑制約——防空地下室特點總結人防工程的分類人防工程的分級

人防工程的抗力等級主要用以反映人防工程能夠抵御敵人核襲擊能力的強弱，其性質與地面建筑的抗震裂度有些類似，是一種國家設防能力的體現?？沽Φ燃壈捶篮吮_擊波地面超壓的大小和抗常規(guī)武器的抗力要求劃分。目前常見的面廣量大的防空地下室一般為抗核武器5級、6級和6B級，抗常規(guī)武器5級和6級。

防化分級是以人防工程對化學武器的不同防護標準和防護要求劃分的等級，防化等級也反映了對生化武器和放射性沾染等相應武器（或殺傷破壞因素）的防護?，F行《人民防空地下室設計規(guī)范》包括了乙級、丙級和丁級的各防化等級的有關防護標準和防護要求。人防工程建設的標準、規(guī)范及相互關系人民防空工程戰(zhàn)術技術要求人民防空地下室設計規(guī)范GB50038人民防空工程設計規(guī)范GB50225人民防空工程設計防火規(guī)范GB50098地下工程防水技術規(guī)范GB50108人民防空指揮工程設計標準人民防空工程醫(yī)療救護工程設計標準人民防空工程防護功能平戰(zhàn)轉換設計標準人民防空工程防化設計標準．．．．．RFJ1．．．行業(yè)標準，一些是秘密人防工程整體防護要求（1）如工程既要抵抗常規(guī)武器又要求抵抗核武器作用時，分別只考慮一次作用。（2）應能抗御核爆炸空氣沖擊波及熱輻射、早期核輻射、放射性沾染、爆炸震動和電磁脈沖的作用。（3）應能抗御化學武器和生物武器的作用，以及殺傷破壞武器引起的其他次生災害的作用。（4）人民防空工程各組成部分應具有相等的生存能力，保證工程達到整體均衡的防護。

1）人防工程的圍護結構應具有足夠的抗力，滿足抗核爆動荷載和建筑物倒塌荷載的強度要求。

2）戰(zhàn)時出入口設置防護門或防護密閉門。

3）戰(zhàn)時通風口、電纜引進口、進排水口設置消波設施。

4）專供平時使用的出入口、通風口和其它孔洞應臨戰(zhàn)封堵。工程防護措施——

對地面沖擊波防護

1）為了降低炸彈的命中率，提高人防工程的生存概率，需要控制主體的規(guī)模，對于較大的人防工程按照規(guī)定在主體內劃分防護單元和抗爆單元。

2）為了盡量提高出入口戰(zhàn)時的可靠度，應滿足：

?

每個防護單元出入口滿足一定的數量（至少兩個）?每個防護單元至少設置一個室外出入口?出入口要盡量分散配置

3）對有抗常規(guī)武器直接命中要求的指揮工程應按其所抗當量設計必要的遮彈層等。工程防護措施——對常規(guī)武器的防護工程防護措施1）人防圍護結構要滿足密閉要求；戰(zhàn)時出入口設置密閉門；通風口設置密閉閥門。

2）為在室外染毒情況下，能給室內人員提供必要的新風，在進風系統(tǒng)中設置濾毒通風設施。

3）為在室外染毒條件下，使人員能夠進出人防工程，在主要出入口設置防毒通道和洗消間（或簡易洗消間）。——對生化武器的防護早期核輻射、熱輻射和城市火災其性質雖然不同，但對這三種殺傷因素的防護可以采用相近的工程防護措施。

1）圍護結構要滿足一定的厚度要求，必要時在頂板上方進行覆土，并進行復核驗算。

2）出入口通道設置90°的拐彎，并滿足一定的通道長度要求。工程防護措施——

對早期核輻射的防護在繪制人防工程建筑圖中，除執(zhí)行國家相關建筑制圖標準外，這里補充人防專項設計圖例：工程防護設備——防護設備建筑圖例既能阻擋沖擊波，又能阻擋毒劑進入室內的門稱為防護密閉門。能阻擋毒劑進入室內的門稱為密閉門。其組成為：

?門扇：門扇開啟能保障人員、車輛的進出，關閉時能阻擋沖擊波和毒劑。

?門框墻：門扇的支座。

?鉸頁：使門扇靈活轉動的支撐。

?閉鎖：鎖住門扇，壓緊密閉膠條。鉸頁和閉鎖還充當防沖擊波負壓作用。?密閉膠條：設置在門扇內側，關門時位于門扇和門框墻之間，使門扇與門框墻之間形成密封。工程防護設備——防護密閉門與密閉門工程防護設備——防護密閉門與密閉門規(guī)格和代號人防門的規(guī)格以門洞口凈寬和凈高來表示。

防護密閉門的代號是在門的規(guī)格前面加“FM”，門的規(guī)格是以其洞口凈寬和凈高的分米數值表示，（在門的規(guī)格后面加“-”和門的抗力）。密閉門的代號是在門的規(guī)格前面加“M”。如：?鋼結構防護密閉門—GFM1520（5）?鋼結構活門檻雙扇防護密閉門—GHSFM4025（6）?鋼筋混凝土活門檻防護密閉門—HHFM1520（6）?鋼結構活門檻密閉門—GHM1520工程防護設備——防護密閉門與密閉門GHSFM4025（6）鋼結構活門檻抗力等級雙扇門洞凈寬防護（門）密閉（門）門洞凈高工程防護設備——防護密閉門與密閉門配置要求

?防護密閉門應向外開啟，密閉門宜向外開啟。

?按由外到內的順序設置防護密閉門、密閉門。

?防護密閉門和密閉門的門前通道，其凈寬和凈高應滿足門扇的開啟和安裝要求，否則會給施工或使用帶來麻煩。戰(zhàn)時通風口采用的防護方法與出入口的不同，目前工程中采用的方法是阻擋與擴散相結合的作法。懸板活門工作原理：在自重作用下，懸板處于開啟狀態(tài)；在沖擊波壓力作用下，懸板與底座處于閉合狀態(tài)，底座孔洞被覆蓋，阻擋沖擊波超壓的進入。安裝要求：為了保證在沖擊波到達之時，使活門的懸板能夠迅速關閉，要求活門必須嵌入墻內設置，其嵌入深度不應小于300mm。工程防護設備——防爆波活門與擴散室（箱）ＨＫ600門式活門通風管直徑抗力等級膠管活門工作原理：在沖擊波作用下，膠管快速變形閉合并傾倒，阻止沖擊波通過，達到消波的目的。沖擊波過后，膠管因其彈性又很快恢復原狀，保證通風管路的暢通。安裝要求：基本與懸板活門一致。膠管活門型號風量(m3/h)門孔尺寸A×B(mm)門扇尺寸A1×B1(mm)膠管數n(個)門扇重量(kg)土建尺寸（mm）EFKJH00203900320×320440×440414300300-500KJH003032000440×440580×580922390390×600KJH004033600880×4401000×5601660390390-600KJH0050356001040×5601200×7002585450500-700KJH00603800