李志鹏等：剧烈瓦斯爆炸隧道洞口致损机理 ·1483· 该处的“犄角结构”加剧了冲击波反射效应，随远离 7中所示的A~C点，其中A点处压强增加56%，达 爆心，该处冲击波强度仍相对较大.由于冲击波在 2.8MPa,此后在大气中冲击波强度逐渐衰减至稳定 隧道内反复、无规律的振荡致使隧道内出现多个超 状态 压峰值，其中近爆区拱脚位置最为明显，远离爆心区 3.3隧道损伤特征 底板位置较为显著.当冲击波传至洞门时，在拱顶、 图8为爆炸作用下隧道损伤云图，图中受损程 拱腰及爆心位置处均出现一个新的超压峰值，如图 度为1表示结构完全破坏，0表示完好. 损伤程度 损伤程度 8m 洞门结构 报伤程度 (cl 图8隧道损伤云图.(a)隧道整体损伤云图：(b)洞门迎爆面损伤云图：（©）洞门背爆面损伤云图 Fig.8 Damage contour of tunnel:(a)overall damage;(b)damage on tunnel portal front surface;(c)damage on tunnel portal back surface 如图8(a),在近洞门衬砌区域，爆心距5m内， ~5位于洞门域：背爆面测点位于测线2~5位置 衬砌拱部、曲边墙完全破坏，隧道底板形成一爆坑， 测点A~E在拱顶部等间距分布，测点1~5沿拱脚 此外，周边围岩也有轻度损伤：爆心距5~7m范围 分布，均位于迎爆面. 内，底板损伤减轻，拱部、曲边墙处依旧受损严重：爆 图9(b)所示为测点A~E在Y方向，测点1~5 心距7~15m范围内，衬砌拱部几乎完好，主要受损 在X方向上的位移时程曲线.由图知，各测点位移 区位于曲边墙脚处 均在爆炸过程中呈递增趋势.衬砌域测点A、测点1 如图8(b)~(c)所示，在洞门区域，边墙脚处 位移峰值均最小，分别为0.001与0.0017m;洞门域 发生贯通式破坏，拱顶严重变形：在洞门拱部，削竹 测点B~E、测点2~5位移峰值逐步增大，分别由 式断面已破坏，同时，迎、背爆面损伤严重：此外，在 0.0125增至0.261m、由0.0145增至0.1375m.综 洞门与衬砌相接处形成一环向损伤带 上，围岩的封闭左右有效抑制了衬砌的变形、降低衬 结合图7(b)知，由于冲击波强度较高致使爆心 砌损伤，在一定程度上消散了作用于衬砌的爆炸能 距7m内的衬砌域受损严重，冲击波能量随爆心距 量，同理，暴露于空气的洞门由于缺失围岩约束致使 增大而减小，7~15m范围的衬砌域受损程度明显 其损伤加剧. 降低；但洞门域的爆心距更大，相反其受损程度、范 根据LS-DYNA中“拉”正“压”负原则，提取 围反而增加，造成该现象的根源或许与围岩的缺失 迎、被爆面各测点的主应力峰值，如图10所示，根据 及洞门结构相关 各测点受力特征就洞门损伤机理进行分析. 3.4洞口衬砌动力响应及致损机理 由图10(a)~(b)知，衬砌域（测线1）测点的 在洞口结构迎、背爆面的拱顶、拱腰、拱脚及边 拉、压应力介于7.6~22.5MPa、4.5~11.3MPa;洞 墙角处布设若干测点，如图9()所示.迎爆面测点 门域（测线2~5）测点拉、压应力介于7.9~31.5 构成5条测线，其中，测线1位于非洞门域，测线2 MPa、5.1~12.9MPa.迎爆面1~5测线上测点均表李志鹏等: 剧烈瓦斯爆炸隧道洞口致损机理 该处的“犄角结构冶加剧了冲击波反射效应,随远离 爆心,该处冲击波强度仍相对较大. 由于冲击波在 隧道内反复、无规律的振荡致使隧道内出现多个超 压峰值,其中近爆区拱脚位置最为明显,远离爆心区 底板位置较为显著. 当冲击波传至洞门时,在拱顶、 拱腰及爆心位置处均出现一个新的超压峰值,如图 7 中所示的 A ~ C 点,其中 A 点处压强增加 56% ,达 2郾 8 MPa,此后在大气中冲击波强度逐渐衰减至稳定 状态. 3郾 3 隧道损伤特征 图 8 为爆炸作用下隧道损伤云图,图中受损程 度为 1 表示结构完全破坏,0 表示完好. 图 8 隧道损伤云图 郾 (a)隧道整体损伤云图;(b)洞门迎爆面损伤云图;(c)洞门背爆面损伤云图 Fig. 8 Damage contour of tunnel: (a) overall damage; (b) damage on tunnel portal front surface; (c) damage on tunnel portal back surface 如图 8(a),在近洞门衬砌区域,爆心距 5 m 内, 衬砌拱部、曲边墙完全破坏,隧道底板形成一爆坑, 此外,周边围岩也有轻度损伤;爆心距 5 ~ 7 m 范围 内,底板损伤减轻,拱部、曲边墙处依旧受损严重;爆 心距 7 ~ 15 m 范围内,衬砌拱部几乎完好,主要受损 区位于曲边墙脚处. 如图 8(b) ~ ( c) 所示,在洞门区域,边墙脚处 发生贯通式破坏,拱顶严重变形;在洞门拱部,削竹 式断面已破坏,同时,迎、背爆面损伤严重;此外,在 洞门与衬砌相接处形成一环向损伤带. 结合图 7(b)知,由于冲击波强度较高致使爆心 距 7 m 内的衬砌域受损严重,冲击波能量随爆心距 增大而减小,7 ~ 15 m 范围的衬砌域受损程度明显 降低;但洞门域的爆心距更大,相反其受损程度、范 围反而增加,造成该现象的根源或许与围岩的缺失 及洞门结构相关. 3郾 4 洞口衬砌动力响应及致损机理 在洞口结构迎、背爆面的拱顶、拱腰、拱脚及边 墙角处布设若干测点,如图 9(a)所示. 迎爆面测点 构成 5 条测线,其中,测线 1 位于非洞门域,测线 2 ~ 5 位于洞门域;背爆面测点位于测线 2 ~ 5 位置. 测点 A ~ E 在拱顶部等间距分布,测点 1 ~ 5 沿拱脚 分布,均位于迎爆面. 图 9(b)所示为测点 A ~ E 在 Y 方向,测点 1 ~ 5 在 X 方向上的位移时程曲线. 由图知,各测点位移 均在爆炸过程中呈递增趋势. 衬砌域测点 A、测点 1 位移峰值均最小,分别为 0郾 001 与 0郾 0017 m;洞门域 测点 B ~ E、测点 2 ~ 5 位移峰值逐步增大,分别由 0郾 0125 增至 0郾 261 m、由 0郾 0145 增至 0郾 1375 m. 综 上,围岩的封闭左右有效抑制了衬砌的变形、降低衬 砌损伤,在一定程度上消散了作用于衬砌的爆炸能 量,同理,暴露于空气的洞门由于缺失围岩约束致使 其损伤加剧. 根据 LS鄄鄄 DYNA 中“拉冶 正“压冶 负原则,提取 迎、被爆面各测点的主应力峰值,如图 10 所示,根据 各测点受力特征就洞门损伤机理进行分析. 由图 10( a) ~ ( b) 知,衬砌域(测线 1) 测点的 拉、压应力介于 7郾 6 ~ 22郾 5 MPa、4郾 5 ~ 11郾 3 MPa;洞 门域(测线 2 ~ 5) 测点拉、压应力介于 7郾 9 ~ 31郾 5 MPa、5郾 1 ~ 12郾 9 MPa. 迎爆面 1 ~ 5 测线上测点均表 ·1483·