一种基于广义插值物质点法的地铁隧道爆炸事故危害性评价方法技术

本发明专利技术提供一种基于广义插值物质点法的地铁隧道爆炸事故危害性评价方法。该方法利用广义插值物质点法对地铁隧道结构及周围岩土体的三维模型进行爆炸作用下的显式动力求解。最终定量地计算出爆炸作用下的模型响应，并根据超压计算结果与损伤因子计算结果，得到人员伤害等级与结构损伤等级的分区，从而对爆炸事故危害性进行定量评价。该方法弥补了以往基于经验定性评价的缺陷，克服了传统有限元模拟方法对于爆炸模拟时因网格畸变而产生的数值困难，提出了一套切实可行的危害性定量评价方法，具有一定的实际应用价值，将对专项应急预案的制定有着积极的推进作用，并对灾后抢修及后期恢复工作有着指导意义。后期恢复工作有着指导意义。后期恢复工作有着指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于广义插值物质点法的地铁隧道爆炸事故危害性评价方法


[0001]本专利技术涉及危害评价
，特别涉及一种基于广义插值物质点法的地铁隧道爆炸事故危害性评价方法。

技术介绍

[0002]地下空间的开发以及地铁隧道的建设是现代城市发展建设中的基本任务之一，借助于地铁隧道的发展可以有效缓解大城市环境保护及交通拥堵等问题。
[0003]然而地铁隧道具有管线密集、空间封闭、人员密度大等特点，一旦发生爆炸等安全事故，对人员安全和社会秩序都会产生极大的危害。目前，我国还未建立起完善的地铁隧道爆炸灾害应急处理预案，应急预案的制定多是借鉴国外经验，主要从加强安全检查，爆炸物排查，加快反恐应急反应速度等管理措施入手。
[0004]当爆炸事故发生时，由于地铁隧道结构各异，其响应规律十分复杂，爆炸对于结构设施以及内部人员的危害很难仅凭经验定性地去衡量。然而，现有数理论或数值方法对于爆炸这种超高速、大变形的复杂问题都得不到很好的解决。
[0005]因此，建立适用于地铁隧道爆炸事故危害性评价的方法，对专项应急预案的制定有着积极的推进作用，并对灾后抢修及后期恢复工作有着指导意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于广义插值物质点法的地铁隧道爆炸事故危害性评价方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0007]为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种基于广义插值物质点法的地铁隧道爆炸事故危害性评价方法，包括以下步骤：
[0008]1)根据工程结构特征构建工程物理模型。所述工程物理模型包括地铁隧道的结构模型以及周围岩土体的地质模型。将工程物理模型的连续体离散为N
p
个物质点，对每个物质点赋予相应的材料参数。采用均匀的结构网格覆盖整个计算域生成背景网格。
[0009]2)给定工程物理模型的初始条件、边界条件和荷载条件，设定每步计算的时间步长。
[0010]3)按实际情况设置起爆点位置，并根据爆炸物类别和爆炸物体积计算炸药当量。
[0011]4)利用物质点法求解爆炸响应。
[0012]5)根据爆炸响应，绘制超压分布云图；对照人员伤害等级划分标准，绘制人员伤害等级分区图。
[0013]6)根据爆炸响应，绘制损伤因子云图。对照结构损伤等级划分标准，绘制结构损伤等级分区图。
[0014]7)根据人员伤害等级分区图以及构损伤等级分区图进行综合爆炸事故危害性评价。
[0015]进一步，步骤4)中，单个时间步的爆炸响应计算流程为：将物质点信息和外力映射到背景网格节点。利用含接触算法的广义插值物质点法对模型进行显示积分求解。计算完成后，输出各空气物质点的超压值与波阵面分布，输出各混凝土物质点的应力值、位移值和塑性应变值，输出各岩土体物质点的应力值、位移值和塑性应变值。对各物质点上的计算结果重新映射至背景网格节点。在节点上采用插值算法，得到各计算结果的分布云图。判断是否已计算至终点时刻，若否则转入下一个时间步，若是则结束。
[0016]进一步，步骤4)中，地铁隧道结构部分采用HJC混凝土模型。混凝土结构内部钢筋采用杂交物质点法离散为杆单元。杆单元节点与混凝土物质点共同运动。杆单元节点的本构模型采用理想弹塑性模型。
[0017]进一步，步骤7)之后，还具有改变不同炸药当量、爆炸点位置、结构形式和材料参数，重复步骤，根据不同的模拟结果分析不同场景下爆炸事故危险性的变化规律的相关步骤。
[0018]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的：
[0019]A.利用广义插值物质点模拟方法克服了传统有限元模拟方法对于爆炸模拟时因网格畸变而产生的数值困难，能够更好地解决爆炸这一类超高速、大变形问题；
[0020]B.利用HJC模型更好地解决了混凝土结构在爆炸作用下的冲击问题，并利用杂交物质点法考虑了结构中钢筋的重要作用；
[0021]C.利用物质点接触算法更好地反映了爆炸应力波在不同物体界面间的传递特性；
[0022]D.根据定量的数值模拟结果可以得到人员伤害等级分区图以及结构损伤等级分区图，从而进一步对爆炸事故做出综合的危害性评价，可以更好地指导专项应急预案的制定；
[0023]E.可以在模型中任意调整炸药当量、爆炸点位置、结构形式、材料参数等，从而根据不同的模拟结果方便地分析不同场景下爆炸事故危险性的变化规律。
附图说明
[0024]图1为实施方法流程图；
[0025]图2为实施例7中某地铁站台构建的三维结构模型；
[0026]图3为实施例7中某地铁站台模拟计算得到的超压峰值分布云图；
[0027]图4为实施例7中某地铁站台模拟计算得到的人员伤害等级分区图；
[0028]图5为实施例7中某地铁站台模拟计算得到的混凝土底板损伤因子分布云图(俯视图)；
[0029]图6为实施例7中某地铁站台模拟计算得到的混凝土底板损伤等级分区图(俯视图)；
[0030]图7为实施例7中某地铁站台模拟计算得到的混凝土底板损伤因子分布云图(断面图)；
[0031]图8为实施例7中某地铁站台模拟计算得到的混凝土底板损伤等级分区图(断面图)。
具体实施方式
[0032]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。
[0033]实施例1：
[0034]参见图1，本实施例公开一种基于广义插值物质点法的地铁隧道爆炸事故危害性评价方法，包括以下步骤：
[0035]1)根据工程结构特征构建工程物理模型。所述工程物理模型包括地铁隧道的结构模型以及周围岩土体的地质模型。将工程物理模型的连续体离散为N
p
个物质点，对每个物质点赋予相应的材料参数。采用均匀的结构网格覆盖整个计算域生成背景网格。
[0036]2)给定工程物理模型的初始条件、边界条件和荷载条件，设定每步计算的时间步长。
[0037]3)按实际情况设置起爆点位置，并根据爆炸物类别和爆炸物体积计算炸药当量。
[0038]4)利用物质点法求解爆炸响应。
[0039]5)根据爆炸响应，绘制超压分布云图；对照人员伤害等级划分标准，绘制人员伤害等级分区图。
[0040]6)根据爆炸响应，绘制损伤因子云图。对照结构损伤等级划分标准，绘制结构损伤等级分区图。
[0041]7)根据人员伤害等级分区图以及构损伤等级分区图进行综合爆炸事故危害性评价。
[0042]物质点法(Material Point Method，MPM)作为一种无网格算法，具有不存在网格畸变，控制方程中无对流项等优势。本实施例为研究地铁隧道爆炸事故危害性评价方法问题提供了有效途径。
[0043]实施例2：
[0044]本实施例主要步骤同实施例1，其中，步骤4)利用广义插值物质点法对基础本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于广义插值物质点法的地铁隧道爆炸事故危害性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据工程结构特征构建工程物理模型；所述工程物理模型包括地铁隧道的结构模型以及周围岩土体的地质模型；将工程物理模型的连续体离散为N
p
个物质点，对每个物质点赋予相应的材料参数；采用均匀的结构网格覆盖整个计算域生成背景网格；2)给定工程物理模型的初始条件、边界条件和荷载条件，设定每步计算的时间步长；3)按实际情况设置起爆点位置，并根据爆炸物类别和爆炸物体积计算炸药当量；4)利用物质点法求解爆炸响应；5)根据爆炸响应，绘制超压分布云图；对照人员伤害等级划分标准，绘制人员伤害等级分区图；6)根据爆炸响应，绘制损伤因子云图；对照结构损伤等级划分标准，绘制结构损伤等级分区图；7)根据人员伤害等级分区图以及构损伤等级分区图进行综合爆炸事故危害性评价。2.根据权利要求1所述的一种基于广义插值物质点法的地铁隧道爆炸事故危害性评价方法，其特征在于，步骤4)中，单个时间步的爆炸响应计算流程为：将物质点信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桂林，孙帆，翟俊，欧阳啸天，陈相宇，杨证钦，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：