摘要：任意拉格朗日欧拉算法(arbitrary lagrange-euler algorithm,ALE)、爆腔理论(blasting cavity theory,BC)、光滑粒子流体动力学和有限元耦合法(smooth particle hydrodynamics-finite element method,SPH-FEM)均可模拟天然气管道泄漏后的爆炸冲击效应,三种方法各具特点。利用加拿大Suffield防务研究所的爆炸实验数据,发现ALE和SPH-FEM都能较好地描述爆轰波在土中的传播规律,且SPH-FEM能精确反映爆炸后土体压缩、开裂及地表变形等情况。针对同沟并行的埋地输气管道,设计了基于三种方法的管土爆炸模型,在同种工况下,三种方法得出的管道受力规律基本一致,然而,BC相比于SPH-FEM,土体鼓包变形量更大,结果更偏保守,且BC模型受爆腔半径的制约较大,即当半径大于当量炸药埋深时则无法建模,根据爆轰波作用下土体单元压力时程分析压力传播特征,最后,从管体迎爆面、管顶、管体背爆面及管底的受力变形情况,对爆炸冲击载荷下同沟并行邻管的动力响应进行分析。研究评估了已有爆炸模拟方法的优缺点,为开展并行输气管道极端灾害下的可靠性分析与风险防控提供技术参考。

摘要：为克服管土耦合分析中土体分层、压缩、运移、流变等大变形问题,传统有限元分析技术需借助新的土体模拟及耦合方法。其中,基于纯拉格朗日的粒子法(PM)和细观离散单元理论的离散元法(DEM),因其在土体大变形领域的独特优势而得到广泛关注。针对管道沿线最常见的地质灾害和第三方扰动行为,利用光滑粒子流体动力学(SPH)分析土质滑坡大变形、黏性泥石流冲刷下管道的受力变形特征,获取管道受土中近场爆炸冲击下的动态响应规律,精确模拟了爆炸土中成腔、土体层裂、压缩等现象,联合离散元法中的颗粒流软件(PFC)与三维有限差分程序(FLAC 3D)再现挖机多铲掘进下土体的运移过程,得到管体的载荷累积效应。多次实践表明:以SPH为代表的粒子法和以PFC为代表的离散元法均能较好解决管土耦合分析中土体的非线性大变形问题,引入流体动力学手段,达到了土体变形研究方法多元化的目的,为进一步研究土中多物理场耦合响应机理奠定了基础。