瓦斯爆炸隧道内冲击波特征及衬砌损伤机制数值研究

为探究隧道瓦斯爆炸致灾机制，以成都洛带古镇隧道瓦斯爆炸为工程背景，基于等效爆能理论对隧道内积聚瓦斯进行量化研究，采用LS-DYNA中ALE技术建立与隧道几何结构一致的流固耦合数值模型，以RHT模型模拟衬砌并修正关键参数，研究隧道内冲击波特征并与经验解析式计算结果对比，同时将衬砌损伤特征的数值模拟结果与现场调研情况进行对比。结果表明： 1)流固耦合模型可以再现隧道内的爆炸过程； 2)受衬砌约束，爆炸冲击波在隧道内发生反复、无规则反射，致使其强度剧增、衰减缓慢且流场复杂，曲边墙脚处的反射效应最强； 3)爆心距5 m范围内的衬砌在冲击波剧烈冲压作用下完全破坏，5~10 m的衬砌在较高压、拉应力共同作用下严重受损，10 m外的衬砌主要在较高拉应力下形成损伤裂缝。经对比，衬砌损伤的数值模拟结果与现场情况基本一致。