[科普中国]-压密度台

压密度台用于空隙被液体饱和的粉体物料进行压密试验，以求与压密有关的数据的设备。压密度台可分为浮环形和固定环形两 种。原来压密度台用在土质力学领域内。但与压密有关的 些过程，如过滤、压挤等过程的分析也常用压密度台。

简介压密度台原采用继电接触器控制系统，该系统是按“并行”方式工作的。只要形成电流通路就可以有几个继电器同时动作。要求接人继电器多，联接线路复杂，设备运行过程中继电器反复启动频率高，继电器损耗严重，系统稳定性较差，维修难度大。压密度台预压、本压、排压过程中，时间要求上采用行程开关与时间继电器控制，无法精确到1秒钟之内，并且继电器的启动也占用了一定时间，这样就降低了设备的生产效率。1

结构压密度台主要由机械系统(工件旋转盘、气密试验水槽及气动系统)与电控系统二大部分组成。

第一、工件旋转盘：旋转盘上设置20路高压检测管道，每路安装独立的压力开关、电磁换向阀、压力显示表等控制装置。

第二、气密试验水槽：水槽主体为U形，容积约5 。水槽侧面与底部安装反光镜。

第三、气动系统：由减压阀、电磁换向阀、压力开关、压力表和分流管道组成。

系统功能压密度台控制系统的改造，考虑到系统的安全性、稳定可靠性和实用性，功能上采用手动和自动控制方式，增加报警灯与蜂鸣器的显示警告功能和红外线防误操作功能等。

工作原理悬挂链按一定的斜度下降，把压缩机送进入检测水槽中。通过同定的导电滑片(图1所示)与旋转盘每一个丁位上的电磁换向阀切换。对压缩机预压、本压、排压三个阶段控制。预压阶段气压(0．1～0．15 Mpa)，预压电磁阀通是本压试验前的准备。本压阶段气压(3～5 Mpa)。本压完成进入排压阶段，把压缩机里面的高压气体排放出来。

土体压密虑到土体在爆炸作用下产生塑性变形，应用塑性力学中反映岩土材料抗压强度大于抗拉强度效应以及对静水压力敏感性的Mohr-Coulomb屈服准则和爆炸力学中应力衰减规律理论推导塑性区范围，同时结合鲍姆方程推导塑性区压密程度及压密后土体密度值的计算公式。

压密模型建立炸药在土体中爆炸时，爆轰气体绝热膨胀首先对其周围土体产生持续时间极短的冲击压缩作用，在土体中激起冲击波，冲击波迅速向四周传播并衰减为应力波。随后爆生气体在空腔内准静态膨胀进一步压缩土体，当爆生气体的压力不足以推动土体压缩和应力波衰减到其应力峰值小于土体产生径向位移所需应力时，爆炸压密作用消失，由此形成一定尺寸的爆炸空腔和压密区。此时，半无限土体可划分为空腔区、压密区和原状土区。

下面以柱状装药结构在土体中爆炸为例进行土体压密原理分析。为突出重点、便于分析，特作如下假定：

(1)装药结构空间断面为圆形，作用孔壁周围的压力均匀，形成的空腔和塑性区边界断面亦为圆形：

(2)土体受爆炸压缩的响应时间比炸药爆轰时间长得多，考虑柱状药包全长范围内同时起爆；

(3)土体为理想弹塑性材料，材料服从Mohr-Coulomb屈服准则；

(4)试验区应力远远小于爆炸应力，不考虑竖向地应力的影响(一般药柱埋深较浅)；

(5)忽略柱状装药段的土体轴向位移，按照平面应变轴对称问题分析径向变形。2

总结(1)土体由三相介质组成，从而造成土体结构和性质的复杂性。应力波在土体中传播规律不同于单一相介质中的传播规律，应力波在土体中传播规律极其复杂，但是始终满足质量、动量和能量的守恒。

(2)爆炸作用下土体压密的机理为在低压时表现为土体孔隙的压缩，骨架受到破坏。在高压时，表现为土体固体颗粒、水、空气的体积压缩。

(3)通过土塑性力学和爆炸力学建立土体压密模型，推导土体压密范围和压密后密度公式，以沟通爆炸参数和土体参数之间的关系，为以后工程实践确定爆炸参数提供基础性的参数指导。

(4)理论推导爆炸压密效果公式采用土体常用的Mohr-Coulomb屈服准则，改变以往使用的Mises屈服准则。因为Mohr．Coulomb屈服准则可以反映岩土材料抗压强度大于抗拉强度效应以及对静水压力敏感性，因此比较符合实际情况。

(5)土体在爆炸作用下的压密效果与土体性质、炸药性质及装药结构有关，是三者相互作用及相互影响的结果。

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学