【摘 要】
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目前国际上爆炸袭击事件频发,地铁车站由于其人流量大和结构封闭的特点成为爆炸袭击的主要目标之一。然而国内外对地铁车站在爆炸作用下响应情况的研究成果较少,多是针对固体爆炸情况,且大多忽略围岩与结构之间的相互作用。本文依托国家重点研发项目《城市地下基础设施运行综合监控关键技术与示范》子课题《地下基础设施多灾害作用模式及应急决策技术》（2018YFB2101001）,对开源版物质点法（Material P
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目前国际上爆炸袭击事件频发,地铁车站由于其人流量大和结构封闭的特点成为爆炸袭击的主要目标之一。然而国内外对地铁车站在爆炸作用下响应情况的研究成果较少,多是针对固体爆炸情况,且大多忽略围岩与结构之间的相互作用。本文依托国家重点研发项目《城市地下基础设施运行综合监控关键技术与示范》子课题《地下基础设施多灾害作用模式及应急决策技术》（2018YFB2101001）,对开源版物质点法（Material Point Method）MPM3D-F90代码进行了爆轰模型、多物体接触改进,并将HJC代码嵌入其中。在扩充修改代码的基础上,以上海某地铁站台为例,分区域建立了地铁站台物质点法爆炸及爆轰响应模型,研究了固体爆炸和气体爆轰作用下地铁站台净空超压分布,结构和围岩的响应规律及影响因素。主要研究内容及成果如下:（1）修改了接触算法和LADM气体爆轰模型,并将高速冲击混凝土HJC模型应用于物质点法,经过与文献实验结果和数值模拟对比,分析误差产生原因,证明了计算结果较能反映实际情况,改进后的MPM程序能够满足研究要求。（2）在分析上海某地铁车站结构及地勘资料的基础上分区域建立了地铁车站物质点法数值模型,研究了地铁车站无柱区域在固体炸药爆炸作用下的响应规律。结果表明:站台无柱区域结构内净空超压峰值为6500k Pa;爆炸会造成结构和围岩体系整体沉降,站台短时间内会和下部围岩体分离,并在起爆点正下方出现塌陷坑;结构受损区域主要集中在底板,呈椭圆形。（3）通过对比爆炸物当量和爆炸起爆位置对结构-围岩响应规律的影响发现:爆炸当量的增加使得爆炸对局部区域的损伤转化为更大区域的破坏,使上覆围岩产生的隆起形态由孤耸转化为平缓,下部的塌陷坑深度增加;当爆炸物处于结构边墙附近时对结构造成的损伤更大,但塌陷坑的深度逐渐减小。（4）通过对比站台结构区域和围岩对结构-围岩响应规律的影响发现:结构柱对爆炸影响有抑制作用;对于站台与隧道衔接区域,当爆炸物靠近隧道区域时结构损伤和响应压强都将增大;当爆炸物逐渐远离站台隧道衔接区域时,隧道内产生的超压峰值呈现先增大后减小的规律;受相邻站台爆炸作用,站台顶板的位移峰值出现在中部,而底板的位移峰值出现在两翼;随着站台埋深的增加,围岩与大厅底板接触面处竖向沉降量逐渐增大,起爆点横向方向上接触面相对隆起幅度不变,但隆起形态变光滑,纵向方向上相对隆起幅度增大;随着围岩底部边界吸收应力波的能力减少而反射能力增加,爆炸作用对围岩的影响减小而对结构的损伤增加。（5）通过分析车站大厅结构柱爆炸响应规律发现:钢筋将减少爆炸作用对结构柱的损伤量和损伤区域的侵彻深度,减小结构柱峰值位移,但布筋形式相同的情况下结构柱配筋率的变化对改变爆炸损伤程度不敏感,而纵筋间距减小,能够减轻爆炸损伤程度;随着爆炸当量和距起爆点水平距离的减少,结构受损情况逐渐减小。（6）通过分析可燃性气体泄漏爆轰下站台响应规律发现:在站台区域中泄漏后参与爆轰反应的可燃性气体形态呈空心圆柱形或半圆柱型;可燃性混合气体在地铁站台内爆轰温度变化峰值为1800℃左右;结构柱使站台低温区分布发生变化,站台隧道衔接区域中站台区域温度高于隧道区域。（7）通过对比固体爆炸和气体爆轰作用下地铁车站响应规律发现:站台有柱区域结构抗固体爆炸与气体爆轰能力均强于站台无柱区域,其中无柱区域抗爆轰薄弱区为起爆点附近边墙,抗爆炸薄弱区为结构底板起爆点正下方区域,有柱区域抗爆薄弱区均为结构柱与顶板底板连接处;相近当量下站台结构和围岩在固体爆炸作用下产生的响应数值高于气体爆轰作用下产生的响应数值,结构受损情况也高于气体爆轰情况,且结构和围岩产生的净空超压、压强、位移和等效塑性区分布情况均不相同。
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