王桂林，歐陽嘯天，翟 俊，孫 帆

（1. 重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400045；2. 庫區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害防治國家地方聯(lián)合工程研究中心，重慶 400045；3. 重慶大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045）

城市地下綜合管廊含有燃?xì)夤艿溃艿廊細(xì)庑孤┍ㄊ鹿蕰r(shí)有發(fā)生，如2014 年中國臺(tái)灣高雄燃?xì)夤芾缺╗1]（圖1），2016 年德國綜合管廊燃?xì)獗ǖ萚2]。由于管廊常位于人員密集區(qū)，地下管廊一旦發(fā)生爆炸，將會(huì)給地面人員的生命和財(cái)產(chǎn)造成巨大損失，因此，研究地下管廊燃?xì)獗ǖ孛骓憫?yīng)對(duì)安全生產(chǎn)和生活具有重要意義。

由于實(shí)驗(yàn)成本高且安全風(fēng)險(xiǎn)大，針對(duì)地下空間爆炸問題，學(xué)者們一般采用有限元數(shù)值模擬方法[3]開展研究。曲樹盛等[4]利用AUTODYN 有限元軟件模擬了地鐵車站內(nèi)爆炸波的傳播過程和衰減規(guī)律，廖維張等[5-6]利用ANSYS/LS-DYNA 有限元軟件模擬了爆炸波在二層地鐵站的傳播規(guī)律和中柱的動(dòng)力響應(yīng)，田力等[7]利用ABAQUS 和LS-DYNA 軟件分析了地下空間爆炸產(chǎn)生的荷載對(duì)建筑物的影響。然而在解決由爆炸引起的巖土體大變形問題方面，有限元方法常采用輸入應(yīng)力波的方式模擬爆炸應(yīng)力，這與氣體爆炸沖擊巖土體的實(shí)際情況存在較大差異，此外，巖土體大變形將造成有限元網(wǎng)格畸變。物質(zhì)點(diǎn)法采用拉格朗日質(zhì)點(diǎn)和歐拉網(wǎng)格雙重描述，將連續(xù)體離散成一組質(zhì)點(diǎn)，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)代表一塊材料區(qū)域并攜帶該材料區(qū)域的所有物理信息，計(jì)算網(wǎng)格僅用于動(dòng)量方程的求解和空間導(dǎo)數(shù)的計(jì)算[8]，同時(shí)不需要對(duì)物質(zhì)交界面進(jìn)行特殊處理，自動(dòng)滿足無滑移的接觸條件[9]，能夠直接模擬物體之間的沖擊現(xiàn)象。這些特點(diǎn)使得物質(zhì)點(diǎn)法在處理爆炸沖擊[10-12]和巖土大變形問題上[13-14]較有限元方法更有優(yōu)勢(shì)。

圖1 2014 年高雄地下丙烯管道爆炸現(xiàn)場(chǎng)[1]Fig. 1 Explosion scene of the underground propylene pipeline in Kaohsiung in 2014[1]

本研究依托重慶市某地下綜合管廊試點(diǎn)工程，采用點(diǎn)火增長(zhǎng)模型，運(yùn)用物質(zhì)點(diǎn)法模擬淺埋管廊甲烷氣體泄漏后爆炸沖擊管廊本體結(jié)構(gòu)和圍巖的過程，以獲得地面壓強(qiáng)與位移的響應(yīng)特性。

1 模型設(shè)置

1.1 接觸算法

標(biāo)準(zhǔn)格式的物質(zhì)點(diǎn)法可以自動(dòng)處理物體之間的無滑移接觸[8]，但為考慮物體之間的分離和滑動(dòng)，Bardenhagen 等[15]將接觸算法引入物質(zhì)點(diǎn)法中，通過在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上引入多重速度場(chǎng)的方式，模擬物體之間由于速度不同而產(chǎn)生的分離和滑動(dòng)。該算法中，接觸判據(jù)表達(dá)式為

如果物體B 與C 之間發(fā)生接觸和穿透，則需要施加接觸力以防止穿透發(fā)生，物體C 對(duì)B 產(chǎn)生的接觸力計(jì)算公式為

通過在單步計(jì)算中遍歷對(duì)單個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生影響的多個(gè)物體間的兩兩接觸，將得到的接觸力進(jìn)行矢量疊加，從而實(shí)現(xiàn)處理多個(gè)物體之間接觸問題。計(jì)算示意圖如圖2 所示。

圖2 多物體接觸計(jì)算示意圖Fig. 2 Schematic diagram of multi-object contact algorithm

1.2 甲烷爆轟模型設(shè)置

甲烷的燃燒有定壓燃燒、爆燃、爆轟等形式，其中爆轟最劇烈，且對(duì)周圍環(huán)境的破壞性最強(qiáng)。本研究采用點(diǎn)火增長(zhǎng)模型模擬管廊中泄漏甲烷氣體的爆轟過程，并將兩種常見的定常爆轟反應(yīng)率函數(shù)結(jié)合使用。

1.2.1 反應(yīng)率函數(shù)設(shè)定

Wilkins 函數(shù)表達(dá)式為

式中：ps為反應(yīng)完全時(shí)爆炸產(chǎn)物壓強(qiáng)函數(shù)，E0為氣體的單位體積內(nèi)能。

1.2.2 人工體積黏性

在爆轟過程中沖擊波前后的物質(zhì)點(diǎn)參數(shù)變化巨大，在應(yīng)力項(xiàng)上施加人工體積黏性項(xiàng)q[16]，將爆轟波的強(qiáng)間斷面化成一個(gè)急劇但連續(xù)變化的波陣面，起到光滑間斷面的作用。

人工體積黏性計(jì)算公式表示為

式中：c0、c1為輸入常數(shù)，分別取 3.0、0.3；c 為聲速； ρ為密度；為體積應(yīng)變率。

1.3 模型及參數(shù)

重慶市某地下綜合管廊試點(diǎn)工程的綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面高3.3 m，寬9.0 m，管廊包括燃?xì)馀?、電力艙和水信? 個(gè)艙，如圖3 所示，頂板位于途經(jīng)道路設(shè)計(jì)路面標(biāo)高以下約3.4 m。建立的模型如圖4 所示。

圖3 某地下綜合管廊現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig. 3 Picture of an underground comprehensive pipe gallery

圖4 數(shù)值模擬模型內(nèi)部示意圖Fig. 4 Internal schematic diagram of numerical simulation model

模型尺寸為40.0 m × 30.0 m × 17.0 m，質(zhì)點(diǎn)均勻分布，質(zhì)點(diǎn)間距0.5 m，正方體網(wǎng)格邊長(zhǎng)1.0 m，質(zhì)點(diǎn)總數(shù)為157 632 個(gè)。燃?xì)馀?、電力艙和水信艙的截面尺寸分別為2.0 m × 3.0 m、4.0 m × 3.0 m、2.0 m × 3.0 m，管廊結(jié)構(gòu)厚度均為0.5 m。由于實(shí)際情況中管廊上覆巖土體與管廊之間的黏結(jié)力小，故模擬中不考慮。參考Zhu 等[17]開展的混合氣體爆炸模擬實(shí)驗(yàn)，設(shè)置發(fā)生泄漏的甲烷-空氣混合氣體充滿管廊中部，長(zhǎng)度為4.0 m 的區(qū)域，起爆點(diǎn)位于混合氣體正中心。模型四周采用黏彈性邊界模擬側(cè)向無限巖土體，底部采用對(duì)稱邊界模擬基巖面，頂部采用自由邊界模擬地面。

模型圍巖和管廊本體結(jié)構(gòu)模擬采用DP 強(qiáng)度準(zhǔn)則，甲烷-空氣混合氣體模擬采用高能燃燒模型。參考工程地質(zhì)勘察報(bào)告和文獻(xiàn)[18]，巖土物理力學(xué)參數(shù)取值如表1 所示，混合氣體參數(shù)取值如表2 所示。其中：E 為彈性模量， ν為泊松比， σt為 巖石抗拉強(qiáng)度， qφ、 Kφ為由摩爾庫倫參數(shù)換算得到的材料參數(shù)，ψ為剪脹角，Vf為體積分?jǐn)?shù)。

表1 圍巖和管廊本體結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)Table 1 Mechanical parameters of surrounding rock and pipe gallery structure

表2 甲烷-空氣混合氣體高能燃燒模型計(jì)算參數(shù)Table 2 Calculation parameters of high-energy combustion model of methane-air mixture

2 模型驗(yàn)證

參照 Zhu 等[17]、Xu 等[19]和 Qu 等[20]的實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)長(zhǎng)900.0 m、一端封閉、截面面積為7.2 m2的正方形隧道中，充滿區(qū)域長(zhǎng)度約為14 m、體積為100 m3、體積分?jǐn)?shù)為10%的甲烷-空氣混合氣體。點(diǎn)火點(diǎn)在封閉隧道的一端。圖5 為物質(zhì)點(diǎn)法模型示意圖，其中質(zhì)點(diǎn)間距0.3 m，網(wǎng)格間距0.6 m，質(zhì)點(diǎn)總數(shù)363 001。表3 為數(shù)值模擬結(jié)果及其與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，其中： δ為相對(duì)誤差。

圖5 模型截面示意圖Fig. 5 Model section schematic

表3 數(shù)值模擬驗(yàn)證結(jié)果Table 3 Numerical simulation verification results

分析表3 可以發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)點(diǎn)法數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偏差約為9%，較能反映實(shí)際情況[21]，產(chǎn)生誤差的原因主要有以下3 點(diǎn)：（1）由于物質(zhì)點(diǎn)法的算法特性，單個(gè)測(cè)量質(zhì)點(diǎn)不能代表具體的物質(zhì)形狀，相較于實(shí)驗(yàn)中測(cè)量元件具有明確的尺寸，物質(zhì)點(diǎn)法中測(cè)量質(zhì)點(diǎn)得出的結(jié)果與實(shí)際情況存在出入；（2）本研究中質(zhì)點(diǎn)間距為0.3 m，網(wǎng)格邊長(zhǎng)為0.6 m，對(duì)于精確模擬來說精度不夠，然而隨著物質(zhì)點(diǎn)數(shù)量增加，網(wǎng)格劃分密度增大，模擬結(jié)果會(huì)更加貼近實(shí)際情況；（3）實(shí)驗(yàn)中隧道與高速氣體存在一定的摩擦力，這種摩擦力會(huì)影響爆炸壓強(qiáng)，而具體區(qū)域的摩擦力大小受氣體的流速和隧道壁的粗糙程度影響，致使數(shù)值模擬結(jié)果大于實(shí)際情況。

3 爆炸作用地面響應(yīng)特性

3.1 地面壓強(qiáng)響應(yīng)特性

3.1.1 地面響應(yīng)壓強(qiáng)平面分布特性

圖6 為混合氣體引爆0.02、0.20、0.50 s 時(shí)對(duì)應(yīng)的地面壓強(qiáng)分布情況。由圖6 可以看出，起爆后0.02 s，地面上以起爆點(diǎn)豎直方向?yàn)橹行牡臋E圓形區(qū)域出現(xiàn)方向向上的響應(yīng)壓強(qiáng)，并向四周輻射，這是由于混合氣體引爆以后，受到爆轟壓力的管廊襯砌產(chǎn)生向上的形變，從而沖擊地面造成的。起爆后0.20 s，爆炸應(yīng)力波向四周傳播，管廊上覆地面響應(yīng)壓強(qiáng)方向整體向下，這是由于地表為自由邊界，應(yīng)力波傳播至地表后發(fā)生反射導(dǎo)致向下傳播；部分區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，是由于應(yīng)力波在管廊水信艙及電力艙空洞中發(fā)生了反射；緊鄰管廊上覆地表的巖土體出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，是由于應(yīng)力波在通過管廊和巖土接觸截面時(shí)發(fā)生了折射。觀察地面上整體響應(yīng)壓強(qiáng)分布情況，可以發(fā)現(xiàn)燃?xì)馀撘粋?cè)地面響應(yīng)壓強(qiáng)分布集中，數(shù)值較大；電力艙一側(cè)響應(yīng)壓強(qiáng)分布范圍更廣，但數(shù)值較小。起爆后0.50 s，地面響應(yīng)壓強(qiáng)分布逐漸穩(wěn)定，在模型四周出現(xiàn)的響應(yīng)壓強(qiáng)是由于吸收邊界未能完全吸收反射波。地面中部出現(xiàn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象是由于管廊未考慮阻尼，在管廊內(nèi)部反射的應(yīng)力波未完全衰減。

圖6 爆炸后不同時(shí)刻地面壓強(qiáng)分布Fig. 6 Distribution of ground pressure at different times after explosion

3.1.2 管廊橫向壓強(qiáng)分布特性

圖7 為管廊橫向距起爆點(diǎn)水平距離-4.0、0、4.0、8.0 m 處質(zhì)點(diǎn)壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化曲線。由圖7可知，從響應(yīng)時(shí)間來看，地面質(zhì)點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間隨距起爆點(diǎn)水平距離的增大而延長(zhǎng)。管廊上覆地面質(zhì)點(diǎn)（0、4.0、8.0 m）在經(jīng)歷初始響應(yīng)壓強(qiáng)峰值后均會(huì)出現(xiàn)方向向下的負(fù)壓強(qiáng)，而圍巖上覆地面（-4.0、-8.0 m）則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。此外，除了起爆點(diǎn)正上方質(zhì)點(diǎn)外，其他質(zhì)點(diǎn)在爆炸過程中出現(xiàn)了由于接觸界面反射作用形成的次生響應(yīng)壓強(qiáng)波峰，且隨著距離的增大，次生波峰峰值逐漸增大。根據(jù)主波和次生波產(chǎn)生的階段，可以將爆炸響應(yīng)分成3 個(gè)階段：爆炸響應(yīng)階段、次生響應(yīng)階段和漸趨穩(wěn)定階段。

圖8 為管廊橫向質(zhì)點(diǎn)壓強(qiáng)峰值隨起爆點(diǎn)距離的變化曲線。由圖8 可以看出，爆炸引起管廊橫向的地面峰值響應(yīng)壓強(qiáng)受地下情況影響明顯。其中，響應(yīng)壓強(qiáng)峰值的最大值偏離起爆點(diǎn)正上方，管廊上覆地面距起爆點(diǎn)2.0 m 處峰值壓強(qiáng)最大，為37.16 kPa。從響應(yīng)壓強(qiáng)峰值分布來看，圍巖上覆地面響應(yīng)峰值的最大值小于管廊上覆地面，但隨距起爆點(diǎn)距離的增大，其減小幅度小于管廊上覆地面。響應(yīng)壓強(qiáng)最大值峰值點(diǎn)的偏移，是由于淺埋管廊與巖土體接觸面和艙體臨空面的存在，使得爆炸應(yīng)力波傳輸?shù)焦芾缺倔w結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)生折射，導(dǎo)致響應(yīng)壓強(qiáng)峰值出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。

圖7 管廊橫向質(zhì)點(diǎn)壓強(qiáng)隨時(shí)間變化曲線Fig. 7 Variation curves of particle pressure in the horizontal direction of pipe gallery with time

圖8 管廊橫向質(zhì)點(diǎn)壓強(qiáng)峰值隨起爆點(diǎn)距離的變化Fig. 8 Peak particle pressure in the horizontal direction of pipe gallery with distance of initiation point

3.1.3 管廊縱向壓強(qiáng)分布特性

由于模型在縱向?qū)ΨQ，取縱向距起爆點(diǎn)水平距離0、2.0、4.0、6.0 m 處質(zhì)點(diǎn)的響應(yīng)壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化曲線，如圖9 所示。由圖9 可知，地面質(zhì)點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間隨距起爆點(diǎn)水平距離的增大而延長(zhǎng)，但與橫向的響應(yīng)特性不同，縱向各質(zhì)點(diǎn)在受爆炸作用后產(chǎn)生的次生波振幅較小，且隨距離的變化不大；此外，處于管廊正上方縱向各質(zhì)點(diǎn)的壓強(qiáng)均豎直向下。

圖10 為管廊縱向質(zhì)點(diǎn)壓強(qiáng)峰值隨起爆點(diǎn)距離的變化曲線。從圖10 中可以看出，沿管廊縱向的地面響應(yīng)峰值壓強(qiáng)隨與起爆點(diǎn)水平距離的增大而經(jīng)歷先增大后減小的過程，且隨著距起爆點(diǎn)距離的增大，壓強(qiáng)峰值變化速率逐漸減小。最大值出現(xiàn)在距管廊起爆點(diǎn)2.0 m 處，峰值壓強(qiáng)為26.29 kPa。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是：混合氣體在橫向尺寸較大，氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的先后不同導(dǎo)致應(yīng)力波疊加，出現(xiàn)峰值壓強(qiáng)最大值偏離起爆點(diǎn)；距離起爆點(diǎn)越遠(yuǎn)，混合氣體中甲烷消耗得越多，釋放的壓強(qiáng)越小，因而對(duì)距離起爆點(diǎn)較遠(yuǎn)的地面質(zhì)點(diǎn)影響更小。

圖9 管廊縱向質(zhì)點(diǎn)壓強(qiáng)隨時(shí)間變化曲線Fig. 9 Variation curves of particle pressure in the longitudinal direction of the pipe gallery with time

圖10 管廊縱向質(zhì)點(diǎn)壓強(qiáng)峰值隨起爆點(diǎn)距離變化Fig. 10 Peak particle pressure of the pipe gallery with the distance of the initiation point in the longitudinal direction

3.2 地面豎向位移響應(yīng)特性

3.2.1 地面響應(yīng)豎向位移分布特性

圖11 為截取地表各質(zhì)點(diǎn)爆炸作用下的位移情況。（1）從絕對(duì)位移來看，模型地面整體出現(xiàn)了豎直向下的位移，這是由于管廊可燃性氣體爆炸時(shí)，應(yīng)力波向四周圍巖傳播，管廊底部圍巖受力產(chǎn)生壓縮變形，使得地面發(fā)生沉降。（2）從地面隆起形態(tài)來看，在隆起范圍方面，由于管廊燃?xì)馀撝屑淄楸ㄗ饔茫芾热細(xì)馀撋细驳孛媪⒓聪鄬?duì)隆起，而其他區(qū)域均下沉；在隆起幅度方面，靠近起爆點(diǎn)的管廊上覆土層隆起劇烈，而遠(yuǎn)離起爆點(diǎn)的管廊上覆土層隆起幅度較小。

圖11 不同時(shí)刻地面豎向位移響應(yīng)分布情況Fig. 11 Distribution of ground vertical displacement at different times

3.2.2 管廊縱向地表豎向位移分布特性

由于淺埋管廊爆炸中地表豎向位移遠(yuǎn)大于水平位移，因此著重分析地表豎向位移的響應(yīng)。圖12為管廊縱向距起爆點(diǎn)水平距離0、2.0、4.0、6.0、8.0 m 處各質(zhì)點(diǎn)豎向位移隨時(shí)間的變化曲線。由圖12可知，管廊縱向質(zhì)點(diǎn)豎向位移隨距起爆點(diǎn)水平位移距離的增大而下降明顯。結(jié)合3.1 節(jié)的壓強(qiáng)分析，爆炸過程中管廊縱向地面各質(zhì)點(diǎn)位移響應(yīng)經(jīng)歷了3 個(gè)階段：0～0.05 s，地面質(zhì)點(diǎn)響應(yīng)壓強(qiáng)快速增加，而豎向位移增加緩慢，其中0 和2.0 m 處質(zhì)點(diǎn)位移向上，4.0、6.0、8.0 m 處質(zhì)點(diǎn)位移向下；0.05～0.39 s，地面質(zhì)點(diǎn)響應(yīng)壓強(qiáng)度過峰值階段，而質(zhì)點(diǎn)豎向位移增加迅速，靠近起爆點(diǎn)正上方的質(zhì)點(diǎn)由于模型整體沉降作用而呈現(xiàn)先上升后下降的過程；0.39～0.50 s，地面響應(yīng)壓強(qiáng)逐漸穩(wěn)定至較小值，質(zhì)點(diǎn)位移增加速率減小。

圖13 為管廊縱向以地面上距起爆點(diǎn)最遠(yuǎn)處質(zhì)點(diǎn)為參考對(duì)象，質(zhì)點(diǎn)相對(duì)豎向位移隨起爆點(diǎn)距離的變化曲線。由圖13 可知，管廊縱向相對(duì)豎向位移隨距起爆點(diǎn)距離呈較明顯的階段性特征，其中0～2.5 m 處地面向上劇烈隆起，管廊由于甲烷爆炸作用發(fā)生裂損，氣體涌出直接沖擊上覆巖土層；2.5～7.5 m 處為過渡階段，地面隆起程度隨距離的過渡性變化較為明顯；7.5～12.5 m處為平緩階段，地面隆起平緩，這是由于爆炸作用使得管廊整體發(fā)生振動(dòng)引起地面隆起。整體上，管廊縱向相對(duì)豎向位移隨距起爆點(diǎn)水平距離的增大而減小，相對(duì)位移峰值出現(xiàn)在起爆點(diǎn)正上方，相對(duì)隆起高度為1.3 m。

圖12 管廊縱向質(zhì)點(diǎn)豎向位移隨時(shí)間變化曲線Fig. 12 Variation curves of vertical displacement of particles in the longitudinal direction of pipe gallery with time

圖13 管廊縱向質(zhì)點(diǎn)相對(duì)豎向位移隨起爆點(diǎn)距離的變化Fig. 13 Relative vertical displacement of particles in the longitudinal direction of pipe gallery with distance of initiation point

3.2.3 管廊橫向地表豎向位移分布特性

圖14 為沿管廊橫向距起爆點(diǎn)水平距離-8.0、-4.0、0、4.0、8.0 m 處質(zhì)點(diǎn)相對(duì)豎向位移隨時(shí)間的變化曲線。與縱向相似，除了起爆點(diǎn)正上方外，各質(zhì)點(diǎn)豎直位移呈現(xiàn)3 個(gè)階段：緩慢增加階段、加速增加階段和減速穩(wěn)定階段。

圖15 為管廊橫向以地面上距起爆點(diǎn)最遠(yuǎn)處質(zhì)點(diǎn)為參考對(duì)象，質(zhì)點(diǎn)相對(duì)豎向位移隨距起爆點(diǎn)距離的變化曲線。管廊橫向相對(duì)豎向位移最大值出現(xiàn)在起爆點(diǎn)斜上方，這是由于管廊上覆地面巖土體與管廊黏結(jié)力較小，而巖土體之間的黏結(jié)力使得橫向位移最大值偏移起爆點(diǎn)正上方；各質(zhì)點(diǎn)相對(duì)豎向位移隨距起爆點(diǎn)的水平距離增大而減小，其中管廊上覆地面的豎向位移要大于巖層上覆地面，且位移減少速率更??；與各質(zhì)點(diǎn)響應(yīng)峰值壓強(qiáng)呈現(xiàn)明顯分段性不同，上述散點(diǎn)分布的分段性不明顯，這是由于材料的連續(xù)性；隨著質(zhì)點(diǎn)距起爆點(diǎn)距離的增大，相對(duì)豎向位移減少速度逐漸減小。

圖14 管廊橫向質(zhì)點(diǎn)相對(duì)豎向位移隨時(shí)間變化曲線Fig. 14 Variation curves of relative vertical displacement of particles in the horizontal direction of pipe gallery with time

圖15 管廊橫向質(zhì)點(diǎn)相對(duì)豎向位移隨距起爆點(diǎn)距離變化Fig. 15 Rrelative vertical displacement of particles in the horizontal direction of pipe gallery with distance of initiation point

4 結(jié) 論

采用點(diǎn)火增長(zhǎng)模型模擬管廊內(nèi)甲烷氣體泄漏爆炸沖擊管廊本體結(jié)構(gòu)和圍巖的過程，研究了地面壓強(qiáng)和位移響應(yīng)規(guī)律，得出以下主要結(jié)論。

（1）在響應(yīng)壓強(qiáng)方面：爆炸過程中，管廊及圍巖中出現(xiàn)由接觸面反射和折射產(chǎn)生的次生應(yīng)力波，這種次生波在管廊橫向方向，振幅隨距起爆點(diǎn)水平距離的增大而增大；而在管廊縱向上產(chǎn)生的次生波振幅較小，且隨距離增大變化較??；管廊橫縱方向上響應(yīng)壓強(qiáng)峰值發(fā)生點(diǎn)均偏離起爆點(diǎn)；管廊上覆地面在爆炸作用后出現(xiàn)由地面反射波造成的負(fù)向壓強(qiáng)。

（2）在響應(yīng)位移方面：爆炸作用造成整體地面沉降，但在起爆點(diǎn)中心附近地面隆起，這種隆起由管廊襯砌破裂、氣體直接沖擊巖土體形成的劇烈隆起，以及管廊整體振動(dòng)形成的輕微隆起兩部分組成，其中圍巖上覆地面位移小于管廊上覆地面；管廊橫向的豎向位移偏移于起爆點(diǎn)正上方。