爆炸荷载作用下隧道泡沫铝防护效果数值模拟研究

为研究泡沫铝在隧道中的抗爆防护效果,本文采用有限元显式分析方法,考虑土与结构的相互作用,建立了包含地层、隧道、泡沫铝保护层以及空气层等部分的三维有限元模型,针对保护层厚度为0 cm、15 cm与20 cm三种情况在隧道中心150 kg TNT爆炸荷载作用下的隧道力学响应进行了数值模拟研究。为克服以往研究将作用在隧道爆炸波荷载简化为三角形荷载导致的计算偏于危险的不足,本文采用替代波源层模拟爆炸波荷载,作用于替代波源层的爆炸波荷载根据炸药当量、炸药距离计算。替代波源层与隧道衬砌结构之间设置空气层,空气层厚度根据经验取为隧道半径的24%。采用该方法模拟爆炸波荷载,既能模拟爆炸波在隧道内部的多次反射,又能大幅提高计算速度与精度。基于数值模拟结果,分析了不同爆炸荷载作用下隧道结构及周围土体的动力响应规律,从爆炸波压力、爆炸波冲量、加速度反应及土体液化等角度探讨了不同厚度泡沫铝层的爆炸防护效果。分析结果表明,泡沫铝衬里可有效吸收爆炸波能量,有效减少隧道结构损伤,10 cm厚泡沫铝防护层可降低爆炸波冲量17%;随泡沫铝厚度增加,隧道结构及周围土体的加速度、速度、变形降低效果明显;远离炸药的区域,爆炸...