我国经过几十年的建设与发展,逐步形成了较为完善的交通体系,地铁隧道的建设数量不断增加,人们出行方式更加多样化,但是日益复杂的国际形势与频发的交通事故,使得城市交通安全面临着许多新的挑战。隧道一般位于交通咽喉处,而且内部空间较为封闭,一旦出现爆炸事故将会产生不可估量的损失,因此研究隧道衬砌层的抗爆性能,对我国的经济发展与国防安全具有重要的现实意义与经济价值。本文通过理论分析与数值模拟的方法,分析外部爆炸作用下隧道单层衬砌结构与泡沫混凝土复合衬砌结构的动力响应与抗爆性能,具体研究内容与结果主要包括以下几点:1.利用ANSYS/LS-DYNA建立隧道单层衬砌结构数值模型,研究隧道单层衬砌结构在外部爆炸作用下的动力响应。结果表明:在外部爆炸作用下,隧道单层衬砌结构的整体变形特征为竖向挤压、横向扩张,隧道衬砌上部结构的动力响应程度最大,动力响应程度随着衬砌结构单元深度的增加而逐渐减弱。2.研究炸药上层覆土对隧道衬砌结构动力响应的影响。结果表明:炸药上层覆土能有效封闭爆炸能量,避免能量耗散过快;炸药上层覆土密度越大,封闭的爆炸能量就越多,同时地下隧道衬砌结构的动力响应程度也会相应增大。3.研究泡沫混凝土复合衬砌结构的抗爆性能。结果表明:泡沫混凝土复合衬砌结构与单层衬砌结构相比抗爆性能更好,泡沫混凝土能够有效吸收爆炸能量,减小隧道衬砌结构的内部损伤,其中内层衬砌结构的单元有效应力降低了 31.54%～43.81%。4.研究泡沫混凝土位置与组合形式对复合衬砌结构抗爆性能的影响。结果表明:复合衬砌结构的外层衬砌厚度与内层衬砌厚度比值在1:2～1:3时抗爆性能最好;“硬-软-硬-软-硬”的五层复合衬砌结构相比于三层复合衬砌结构、单层衬砌结构,其抗爆性能更好,五层复合衬砌结构的外层衬砌与内层衬砌的单元有效应力最大能分别减少19.12%、38.8%。图[52]表[8]参[53]