李志鹏等：剧烈瓦斯爆炸隧道洞口致损机理 ·1479 912.6kg TNT均采用Euler网格，可有效避免由于大变形导 2.2流固耦合数值模型 致网格扭曲，衬砌、洞门及围岩采用Lagrange网格， 流固耦合模型的关键之处为爆炸荷载的施加方 如图3(b)~(c)所示，其中，爆源TNT采用LS-DY 式，模型中爆源真实存在，通过爆炸过程形成爆炸冲 NA*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOME. 击波，实现了冲击波与衬砌及洞门的相互作用并在 TRY]命令填充于空气域，该方法在很大程度上简 此过程中对结构施加爆炸冲击荷载. 易了球体结构的网格划分，通过设置爆心坐标及填 考虑模型的对称性，对1/2模型计算分析.图3 充半径可确定爆心位置及爆源当量.流体域及结构 (a)为洞门的横断面及纵断面设计图.流固耦合模 的耦合通过*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOL 型中，爆源TT位于隧道断面中间部位，空气与 D实现叮.模型尺寸及边界条件如图3(d)所示. e 透射边界 13m 透射边界 ZK2+060 衬砌 ZK2+045洞门结构ZK2+030 ZK2+060 33m对称边界 ZK2+030 8.8m ZK2+027 图3流固耦合数值模型.(a)隧道洞门设计图（单位：cm):(b)空气与TNT域(Euler网格）：(c)围岩与衬砌结构域(Lagrange网格)：(d)模 型尺寸及边界 Fig.3 Fluid-structure coupled numerical model:(a)design drawing of the tunnel portal unit:cm):(b)air and TNT field modelled in Euler mesh;(c)surrounding rock and lining fields modelled in Lagrange mesh;(d)model size and boundary conditions 2.3材料模型及计算参数 2.3.2空气 2.3.1TNT模型 空气模型与状态方程分别为LS-DYNA中的* TNT模型与状态方程分别为LS-DYNA中的* MAT_NULLI EOS_LINEAR_POLYNOMIAL17] MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN EOS_JWLI71, 计算参数如表2所示，表中，c。~c6为多项式状态方 计算参数如表1所示，表中，A、B、R1、R2、w均为 程系数，E。为单位体积初始内能，V。为初始相对 JWL状态方程中系数. 体积. 表2空气计算参数 表1TNT计算参数 Table 2 Parameters of air Table 1 TNT parameters 密度/ Eo/ Co~C3 C4~Cs 密度/(kgm3)爆速/(ms)C-J压强/CPa A/GPa (kg.m-3) (Jm3) 1630 6930 之 3.737×102 1.290 00.40 2.5×103 1 B/GPa R R2 2.3.3钢筋混凝土 3.747 4.15 0.9 0.35 RHT模型能更好地模拟在爆炸冲击荷载作用李志鹏等: 剧烈瓦斯爆炸隧道洞口致损机理 912郾 6 kg. 2郾 2 流固耦合数值模型 流固耦合模型的关键之处为爆炸荷载的施加方 式,模型中爆源真实存在,通过爆炸过程形成爆炸冲 击波,实现了冲击波与衬砌及洞门的相互作用并在 此过程中对结构施加爆炸冲击荷载. 考虑模型的对称性,对 1 / 2 模型计算分析. 图 3 (a)为洞门的横断面及纵断面设计图. 流固耦合模 型中,爆源 TNT 位于隧道断面中间部位,空气与 TNT 均采用 Euler 网格,可有效避免由于大变形导 致网格扭曲,衬砌、洞门及围岩采用 Lagrange 网格, 如图 3(b) ~ (c)所示,其中,爆源 TNT 采用 LS鄄鄄DY鄄 NA 中 * INITIAL _ VOLUME _ FRACTION _ GEOME鄄 TRY [17]命令填充于空气域,该方法在很大程度上简 易了球体结构的网格划分,通过设置爆心坐标及填 充半径可确定爆心位置及爆源当量. 流体域及结构 的耦合通过*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOL鄄 ID 实现[17] . 模型尺寸及边界条件如图3(d)所示. 图 3 流固耦合数值模型. (a)隧道洞门设计图(单位:cm);(b)空气与 TNT 域(Euler 网格);(c)围岩与衬砌结构域(Lagrange 网格);( d)模 型尺寸及边界 Fig. 3 Fluid鄄structure coupled numerical model: ( a) design drawing of the tunnel portal ( unit: cm); ( b) air and TNT field modelled in Euler mesh; (c) surrounding rock and lining fields modelled in Lagrange mesh; (d) model size and boundary conditions 2郾 3 材料模型及计算参数 2郾 3郾 1 TNT 模型 TNT 模型与状态方程分别为 LS鄄鄄DYNA 中的* MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN 和*EOS_JWL [17] , 计算参数如表 1 所示,表中,A、B、R1 、R2 、棕 均为 JWL 状态方程中系数. 表 1 TNT 计算参数 Table 1 TNT parameters 密度/ (kg·m - 3 ) 爆速/ (m·s - 1 ) C鄄鄄J 压强/ GPa A / GPa 1630 6930 21 3郾 737 伊 10 2 B/ GPa R1 R2 棕 3郾 747 4郾 15 0郾 9 0郾 35 2郾 3郾 2 空气 空气模型与状态方程分别为 LS鄄鄄DYNA 中的* MAT_NULL 和*EOS _LINEAR_POLYNOMIAL [17] , 计算参数如表 2 所示,表中,c0 ~ c6 为多项式状态方 程系数,E0 为单位体积初始内能,V0 为初始相对 体积. 表 2 空气计算参数 Table 2 Parameters of air 密度/ (kg·m - 3 ) C0 ~ C3 C4 ~ C5 C6 E0 / (J·m - 3 ) V0 1郾 290 0 0郾 4 0 2郾 5 伊 10 5 1 2郾 3郾 3 钢筋混凝土 RHT 模型能更好地模拟在爆炸冲击荷载作用 ·1479·