李志鹏等：剧烈瓦斯爆炸隧道洞口致损机理 ·1481· a 40 ·数值计算结果 -··经验公式结果 空气域 30 测点 爆心 0 0 0.2 0.40.60.8 1.0 1.2 -4Z 比例距离m·kg⑤ 图4建模方法的验证.(a)自由场爆炸模型及测点位置：(b)对比结果 Fig.4 Validation of the modelling method:(a)free-field explosion model and the distribution of the measurement points;(b)comparison results of the strength of the shock wave x 图5爆炸冲击波的传播过程.(a)2ms;(b)7ms:(c)15ms;(d)25ms:(e)30ms:(f)50ms Fig.5 Propagation of the blast shock wave:(a)2ms;(b)7ms;(c)15 ms;(d)25 ms;(e)30ms;(f)50 ms 爆炸发生后，TT以球状迅速膨胀直至将衬砌 由图6(a)~(b)可知，冲击波传播时与衬砌相 内空断面完全填充，如图5(a)所示：冲击波传播过 互作用过程中，一部分以应力波形式经衬砌传至围 程中，受衬砌径向约束，其形态发生变化，由“球状” 岩，一部分在衬砌表面发生反射，使冲击波强度剧 变为“喇叭”状，具体为：靠近衬砌一侧的前驱冲击 增，由7.35增至25.89MPa,这也解释了沿衬砌一侧 波运动速度较快，如图5(b)所示. 冲击波运动速度加快的现象.图6（©）所示为冲击 传至洞门附近时，冲击波传播的“喇叭”效应更 波“喇叭”状传播时的压强云图.当传播至隧道洞门 明显，其中曲边墙脚处的冲击波运动速度最快，如图 时，如图6(d)所示，冲击波似平面波形态，沿隧道底 5(c)所示，此外，隧道内冲击波沿衬砌约束方向反 板的波速度较快，洞门顶部有聚焦现象，波阵面强度 复振荡 高达2.4MPa:隧道内流场复杂，且压强较高，介于 冲击波自隧道洞门传出后具有明显的方向性， 1.2~2.4MPa.冲击波自隧道传出后，如图6(e)~ 自曲边墙及底板传出的冲击波径直向洞外继续运 ()所示，沿削竹式洞门发生衍射，此后在大气中形 动：如图5(d)所示，沿衬砌拱部及拱顶传播的冲击 成沿不同方向运动的新的波阵面，冲击波强度逐渐 波则表现出沿Y-Z方向的运动趋势. 衰减，位于隧道内的冲击波仍反复振荡并仍出现聚 如图5(e)~(f)所示，冲击波完全传出隧道后 焦现象：图6(g)所示为冲击波自隧道传出后在大气 在空气中自由运动，形成如图1(a)所示的爆炸“蘑 中形成的“蘑菇云”. 菇云”，同时洞门顶部具有显著的塑性变形 3.2爆炸冲击波强度 鉴于冲击波在传播过程中的多种形态，有必要 如图7(a)所示，在隧道内空断面6个位置布设 对冲击波强度进行分析，如图6所示，图(a)~(f) 测点，分别为：沿衬砌环向在拱顶、拱腰、拱脚、曲边 为Y-Z视图，图(g)为X-Y视图. 墙脚、底板及爆心位置处，自爆心距1m远处沿纵向李志鹏等: 剧烈瓦斯爆炸隧道洞口致损机理 图 4 建模方法的验证. (a)自由场爆炸模型及测点位置;(b)对比结果 Fig. 4 Validation of the modelling method: (a) free鄄field explosion model and the distribution of the measurement points; (b) comparison results of the strength of the shock wave 图 5 爆炸冲击波的传播过程. (a) 2 ms;(b) 7 ms;(c) 15 ms;(d) 25 ms;(e) 30 ms;(f) 50 ms Fig. 5 Propagation of the blast shock wave: (a) 2 ms; (b) 7 ms; (c) 15 ms; (d) 25 ms; (e) 30 ms; (f) 50 ms 爆炸发生后,TNT 以球状迅速膨胀直至将衬砌 内空断面完全填充,如图 5(a)所示;冲击波传播过 程中,受衬砌径向约束,其形态发生变化,由“球状冶 变为“喇叭冶状,具体为:靠近衬砌一侧的前驱冲击 波运动速度较快,如图 5(b)所示. 传至洞门附近时,冲击波传播的“喇叭冶效应更 明显,其中曲边墙脚处的冲击波运动速度最快,如图 5(c)所示,此外,隧道内冲击波沿衬砌约束方向反 复振荡. 冲击波自隧道洞门传出后具有明显的方向性, 自曲边墙及底板传出的冲击波径直向洞外继续运 动;如图 5(d)所示,沿衬砌拱部及拱顶传播的冲击 波则表现出沿 Y鄄鄄Z 方向的运动趋势. 如图 5(e) ~ (f)所示,冲击波完全传出隧道后 在空气中自由运动,形成如图 1( a)所示的爆炸“蘑 菇云冶,同时洞门顶部具有显著的塑性变形. 鉴于冲击波在传播过程中的多种形态,有必要 对冲击波强度进行分析,如图 6 所示,图( a) ~ ( f) 为 Y鄄鄄Z 视图,图(g)为 X鄄鄄Y 视图. 由图 6(a) ~ (b)可知,冲击波传播时与衬砌相 互作用过程中,一部分以应力波形式经衬砌传至围 岩,一部分在衬砌表面发生反射,使冲击波强度剧 增,由 7郾 35 增至 25郾 89 MPa,这也解释了沿衬砌一侧 冲击波运动速度加快的现象. 图 6( c)所示为冲击 波“喇叭冶状传播时的压强云图. 当传播至隧道洞门 时,如图 6(d)所示,冲击波似平面波形态,沿隧道底 板的波速度较快,洞门顶部有聚焦现象,波阵面强度 高达 2郾 4 MPa;隧道内流场复杂,且压强较高,介于 1郾 2 ~ 2郾 4 MPa. 冲击波自隧道传出后,如图 6( e) ~ (f)所示,沿削竹式洞门发生衍射,此后在大气中形 成沿不同方向运动的新的波阵面,冲击波强度逐渐 衰减,位于隧道内的冲击波仍反复振荡并仍出现聚 焦现象;图 6(g)所示为冲击波自隧道传出后在大气 中形成的“蘑菇云冶. 3郾 2 爆炸冲击波强度 如图 7(a)所示,在隧道内空断面 6 个位置布设 测点,分别为:沿衬砌环向在拱顶、拱腰、拱脚、曲边 墙脚、底板及爆心位置处,自爆心距 1 m 远处沿纵向 ·1481·