水下爆炸是水工建筑或船舶等结构在生命周期内所能遭受的最极端载荷,水下爆炸对结构的毁伤作用关系着公共安全;而如果使用得当,水下爆炸也可以有效地用于围堰、堰塞湖等结构的拆除,因而有必要对其作用机理进行深入研究。水下爆炸包括冲击波和气泡脉动两个过程,两者能量相当,均会对结构产生毁伤作用,然而目前常重力条件下的试验手段均无法实现两者的同时相似,对比研究表明,减压、增压等试验手段虽然可以较好的模拟水下爆炸气泡的形态,但是两者得到的水下爆炸脉动压力误差均超过50%,这制约了水下爆炸理论的发展。量纲分析的结果表明:超重力场条件下,Mach数与Froude数可以同时满足相似,模型试验可以模拟与原型相一致冲击波及气泡脉动现象。而离心机是模拟重力效应的有力工具,被大量应用于岩土介质的力学模拟,由于应力场相同,材料可以表现出与原型相一致的应力应变关系,这也为研究水下爆炸对重力坝、土石坝等结构的毁伤创造了条件,因而,离心机在水下爆炸领域的应用值得关注。本文对中国水科院的离心机爆炸模拟试验装置进行改进,使之满足水下爆炸高频、大量程的测试要求,形成了离心模拟水下爆炸试验技术,为进一步工程应用奠定基础。基于该设备进行了一系列水下爆炸试验研究,给出了典型的试验结果处理方法以及试验系统误差的分析方法,分析结果表明,离心机引入的系统误差并不会超过水下爆炸本身的误差,离心模拟水下爆炸试验方法是可靠的。结合离心模型试验结果,开展水下爆炸载荷特性研究,基于量纲分析方法,得到影响冲击波和气泡脉动特性的关键物理量,并通过试验进行验证。离心模型试验得到的冲击波、气泡脉动经验公式与大当量试验结果非常接近,这进一步证实了离心机研究水下爆炸的适用性。量纲分析大大简化了水下爆炸冲击波及气泡脉动的研究,其可以为水下爆炸载荷提供工程计算方法。研究结构的振动及变形机理,离心模型试验结果表明:结构振动主要取决于结构所受的载荷峰值,而变形响应则主要受载荷的冲量影响。基于能量的角度推导了考虑球面波效应的冲击因子,经过试验验证,其可以反映结构所受的冲击环境。基于势流理论和边界元方法,编写了水下爆炸的计算程序,模拟了离心环境下的水下爆炸过程,可以用于分析自由液面及固定边界对气泡运动的影响,为水下爆炸问题提供计算分析工具。由于边界元方法将整个流场的积分转化为边界积分,大大减少了网格数目,可以有效解决计算流体力学方法耗时长以及网格畸变等问题。