为了让地下结构在受到强冲击时不至于直接崩裂,我们想办法把爆炸的冲击波给分解掉。过去常用的实心泡沫混凝土很硬,思路是想靠自己挡住爆炸,结果往往是把巨大的压力全都反弹到了被保护的东西上面。研究团队换了个新想法,让防护层先裂开再重新搭起来,像搭乐高积木一样变得密实,从而截断传递路径。这种设计在02场的试验里进行了测试。 试验是在沙漠里挖了个药室,分别用没有防护、实心泡沫混凝土和这种新型脆断构件来挡住爆炸。传感器贴在被保护的钢盒背面记录数据。结果发现没有防护的时候,冲击波非常尖锐,最高压力能达到20 MPa。用实心泡沫混凝土的话,压力虽然稍微平缓一点,但峰值还是超过了15 MPa,甚至出现了负压谷,说明护板被撕开后又产生了反射。而用新型脆断构件时,波形被削平到了8 MPa左右,峰值下降了约60%,也没有负压谷出现,说明冲击波被有效切断在了碎块之间。 我们还对比了爆炸后的破坏情况。没有防护的钢盒直接鼓胀撕裂;实心泡沫混凝土层整体塌陷了,背面的钢盒被压出了深深的凹痕;新型构件则碎成了指状的小块体,块体之间重新密实形成了致密的壳,背后的钢盒只是轻微变形。这种“碎断+密实”的方式让荷载被均匀吸收了。 实验发现这种新型构件在承受10%到15%的设计峰值荷载时就会开始第一批断裂,随后进入不断碎裂挤压的循环过程。当冲击波强到能把碎石压成粉的时候,构件层的强度和密度就接近实心混凝土了。因此设计时只要保证第一批断裂发生在设计荷载峰值之前就行了。 总结来说,新型泡沫混凝土用“先碎后挤”的方式把地冲击的集中能量分散成无数小块多级消耗掉了。实地爆炸实验证明它能把峰值压力削减60%以上,并且没有反弹回来的负压反噬问题。随着冲击波增强它的性能会逐渐逼近实心泡沫混凝土但始终比传统的“硬扛”方案要好。未来可以在城市地下管廊、隧道盾构段等地方使用这种材料来建造能主动卸压的海绵墙。