淺埋高壓輸氣管道爆炸地面振動的原型試驗與數值模擬研究

摘要：針對淺埋高壓輸氣管道爆炸產生的地面振動效應,采用現場試驗結合數值模擬的方法展開研究。組織實施了全尺寸天然氣管道爆炸試驗,掌握了高壓輸氣管道爆炸地面振動的量級范圍以及衰減規律。經試驗數據分析得到,埋地高壓天然氣管道爆炸造成的地面振動主要產生于物理爆炸過程中,隨后發生的天然氣爆燃過程并未產生明顯的地面振動。基于非線性有限元程序LS-Dyna建立了高壓輸氣管道爆炸試驗計算模型,計算結果與試驗現象吻合較好,驗證了模型參數設計的合理性。進一步分析了管道爆炸瞬間管內氣體-管壁-土體的相互作用機理、應力分布以及裂紋擴展規律。由計算結果分析得到,管道開裂是由于內部高壓氣體推動管壁向兩側擴展在裂紋尖端處形成了應力集中,管壁沖擊土體的速度可達50 m/s,沖擊產生的塑性狀態向遠處傳播逐漸衰減為彈性應力波,即形成了地面振動效應。研究成果揭示了高壓氣體管道爆炸地面振動的主要成因,可為爆炸事故振動預防提供理論參考和技術支持。