采用浅坑道爆炸方式来模拟建筑物内部爆炸, 其内部空间相对封闭, 浅坑道对爆炸噪声的衰减影响较小; 在坑道口利用沙袋堆积封堵来模拟阻断墙体, 采用了单层和多层封堵的方法（图1）。测试点选择在坑道口东南方向约400 m处, 中间为开阔区域。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 几种封堵形式示意图Fig.1 Several blocking forms

根据国际上对爆炸能量评定通常以TNT爆炸当量为标准, 因此爆炸实验药剂选用TNT炸药, 采用集团装药方式起爆, 装药量分别为5、20、40、80、120 kg。

本次测声采用的仪器为丹麦B& K公司产2209型脉冲精密声级计, 符合IEC/179(A)(1973)标准, 属1型声级计, 配置4115型1寸微声器, 测量范围为15~140 dB, 频率范围2 Hz至18 kHz, 该仪器既可测量稳态噪声, 也可测量短周期的脉冲噪声, 它专供实验室以及声音环境有严格规定或控制的场合下使用, 其结构原理如图2所示。

图2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 噪声测试结构原理图Fig.2 Working principle to test blast noise

噪声测试地点距爆点400 m。脉冲噪声的性质比较特殊, 是在大气自由场中, 由于爆炸、轰声或紊流等突然改压而引起的冲击脉冲, 它有明显的激波成
分^{[4, 5]}。

从未经封堵和阻断的爆炸产生的噪声与冲击波超压对比图（图3）中可见：图中红色曲线为冲击波压力波形, 黑色的是高强度噪声波形, 二者变化的趋势基本一样, 且噪声有明显的冲击波成分。在实验中, 主要采用沙袋封堵模拟墙体来对爆炸噪声进行阻断和衰减效应研究。图4为80 kg TNT经三层封堵后所测到的噪声波形, 从图中可见噪声波形属于明显的阻尼振动, 属于撞击噪声, 是炸药对堆埋物及洞口封堵物撞击的结果, 频率很低。图5是其相应的幅值谱图, 由图可以看出它的主频率只有十几到几十周, 可见封堵措施阻断了高频成分, 声压为2.5914 Pa（RMS）并可计算得到计权网络的特性图（图6）, 该图可见A计权时这个频段（指线性或C声级）的响应是比较迟钝的。图7是对线性声级进行的A计权1/3倍频程的数据处理后所得的直方图, 总声压为0.2254 Pa（RMS）, 对应的声压级为81 dBA。

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 冲击波及高强度噪声对比图Fig.3 Blasting wave and the collated high-intensity noise

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 实测80kg TNT装药爆炸时的噪声波形Fig.4 Explosive-noise wave from 80kg detonated TNT

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 80 kg TNT装药爆炸时噪声波形的幅值谱图Fig.5 Wave breadth of explosive-noise from 80kg detonated TNT

图6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图6 计权网络特性图Fig.6 Speciality of weighted network

图7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图7 80 kg TNT装药爆炸时噪声波形的A计权1/3倍频程直方图Fig.7 The 1/3 representative of A-weighted wave from the explosive-noise of detonated 80kg TNT

通过实验测试和数据处理, 可得噪声测试数据表1。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 噪声测试数据表 Table 1 Data of explosive-noise 炮次 TNT当量/kg A声压级 备注 1 5 88 无封口 2 5 89 无封口 3 5 93 无封口 4 20 91 一层封口 5 20 89 一层封口 6 20 87 一层封口 7 40 94 一层封口 8 40 98 一层封口 9 40 92 一层封口 10 40 93 一层封口 11 40 97 一层封口 12 40 95 二层封口 13 80 90 三层封口 14 80 94.7 三层封口 15 80 81.4 三层封口 16 120 88.9 三层封口 17 120 87.5 三层封口 18 120 90.6 三层封口 19 120 82.6 三层封口

表1 噪声测试数据表 Table 1 Data of explosive-noise

根据美国弹道研究实验室和美国矿山局等单位的实验数据（见参考文献[6]）, 可得出大气中爆炸的爆炸波超压峰值计算公式：

$p = k[\frac{R}{W^{1/3}}]^{-\beta}$（1）

式中：P为超压峰值; R为距爆炸中心的距离; W为爆炸药的TNT当量; K=82; β =1.2。又可知：爆炸声超压与TNT当量的关系：

$\frac{p_{x}}{p_{1} \propto \frac{(w_{x})^{\beta}}{(w_{1})^{\beta}}}$（2）

爆炸声的声压级：

$l_{x} = 201g\frac{p_{x}}{p_{0}}$（3）

式中：l_x为爆炸声压级; p_x为实际超压; p₀为20 μ p_a。综合由式（1）、（2）、（3）可推出：

$\bigtriangleup l_{x} = 201g\frac{p{x}}{p_{标}}$（4）

式中：Δ l_x为第x次爆炸源与标准爆炸源爆炸声压级差; p_x为爆炸实际超压; p_标为设定的标准超压。由式（4）, 可推出：

式中：β =1.2 。

因此, 可设5 kg无封堵TNT爆炸平均爆炸声压级为标准声压级。可对表1中的5 kg TNT当量炸药爆炸（无封口）实际测试声压级做算术平均处理, 计算后的平均声压级为90, 标准偏差为2.1。计算可得不同TNT当量的炸药在无封堵、同一距离、同一起爆条件下的爆炸声压极差, 理论计算值设5 kg为标准爆炸源, 结果见表2。根据表2数据, 可设α 为阻断系数, α =K_n, 其中：n为阻断层数, K 为常数。通过线形回归处理, 可得出K为0.04。阻断系数α =0.04n, n为阻断层数。因此, 可得出：

$l =l_{d}/\alpha$ ( 6)

式中：l为无堵断爆炸噪声声压级; l_d为阻断后的爆炸噪声声压级; α 为阻断系数, α =0.04n, n为阻断层数。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 爆炸声压级差 Table 2 Grading difference of explosive-noise pressure 编号 TNT当量/kg 声压级差 A声压级（无口） 实测爆炸声A声压级平均值 阻断衰减系数 备注 1 5 0 90 90 1 无封口 2 20 4.82 94.82 89 0.938 一层封堵 3 40 7.22 97.22 94.8 0.975 一层封堵 4 80 9.63 99.63 88.7 0.89 三层封堵 5 120 11.04 101.04 87.4 0.865 三层封堵

表2 爆炸声压级差 Table 2 Grading difference of explosive-noise pressure