本书通过野外试验、数值模拟和理论分析的方法，对城市浅埋管沟燃气爆炸荷载分布模型、灾害效应评估、管沟损伤破坏机理及防护技术等进行了深入系统的介绍。全书共分为7章：绪论、管沟燃气爆炸实验、城市浅埋管沟燃气爆炸泄爆效应、城市浅埋管沟燃气爆炸荷载分布模型、管沟内燃气爆炸冲击波地面传播规律、城市浅埋管沟燃气爆炸事故灾害效应评估、燃气爆炸荷载作用下管沟盖板的动力响应。

本书可供土木工程、安全工程、石油化工领域的科研工作者和工程技术人员参考使用。

本书通过野外试验、数值模拟和理论分析的方法，对城市浅埋管沟燃气爆炸荷载分布模型、灾害效应评估、管沟损伤破坏机理及防护技术等进行了深入系统的介绍。

燃气管道作为天然气进入千家万户的重要设施，在城市地下空间纵横交错地分布。然而，阀门失灵、管道破损、操作失误等原因时常导致燃气泄漏，一旦燃气在城市浅埋管沟内积聚，当遇到点火源时，就极易发生严重的燃气爆炸事故，如2021 年湖北十堰重大燃气爆炸事故和 2013 年山东青岛输油管道爆炸事故。本书通过野外试验、数值模拟和理论分析的方法，对城市浅埋管沟燃气爆炸荷载分布模型、灾害效应评估、管沟损伤破坏机理及防护技术等进行了深入系统的介绍。
本书共分 7 章。第 1 章绪论，主要介绍城市浅埋管沟燃气爆炸安全防护的研究背景、国内外研究现状和主要研究内容等。第 2 章管沟燃气爆炸试验，主要介绍管沟燃气爆炸试验装置、试验流程、试验工况和试验结果。第 3 章城市浅埋管沟燃气爆炸泄爆效应，主要介绍计算流体动力学软件 FLACS 的基本模型和数值模拟验证，并分析泄爆效应的影响因素。第 4 章城市浅埋管沟燃气爆炸荷载分布模型，主要介绍管沟燃气爆炸的作用机理、管沟内燃气爆炸荷载的影响因素和超压峰值分布模型。第 5 章管沟内燃气爆炸冲击波地面传播规律，主要介绍管沟外冲击波传播过程和作用机理、超压时程曲线特征以及荷载峰值分布规律。第 6 章城市浅埋管沟燃气爆炸事故灾害效应评估，主要介绍管沟燃气爆炸灾害效应评估方法，以及对青岛1122原油泄漏爆炸事故进行实例分析。第 7 章管沟盖板在燃气爆炸荷载作用下的动力响应，主要介绍结构动力学分析软件LS-DYNA的主要模型和模型验证、管沟盖板动力响应数值分析和 FRP 加固技术。
本书可供土木工程、安全工程、石油化工领域的科研工作者和工程技术人员参考使用。
编　者
2023 年 12 月

杨石刚，工学博士，陆军工程大学副教授，博导，江苏省优秀青年基金获得者。长期从事燃气爆炸灾害效应及工程防护技术的研究工作，主持完成国家、江苏省自然科学基金和后勤科研等项目4项；参与国家973计划、国家重点研发计划等重大项目8项。获科技进步一等奖1项、省部级科技进步二等奖2项，发表学术论文30余篇，授权专利和软件著作权8项。

杨亚，陆军工程大学防灾减灾工程及防护工程专业在读博士生，2018年获重庆大学土木工程专业学士学位，2021年获陆军工程大学工程硕士专业学位。主要研究方向为燃气爆炸灾害效应和地下结构防护技术，获江苏省优秀专业硕士学位论文，发表学术论文10余篇，其中被SCI/EI收录9篇。

蔡炯炜，硕士研究生学历， 2021 年毕业于陆军工程大学建筑与土木工程专业，从事燃气爆炸灾害效应研究，参与国家 973 计划、国家重点研发计划等重大项目 4 项， 先后在《爆炸与冲击》、《中国安全科学学报》等核心期刊发表论文 6 篇。

1 章　绪　论 1
1.1　研究背景及意义 1
1.2　国内外研究现状 4
1.2.1　长直泄爆空间燃气爆炸荷载模型研究 4
1.2.2　结构抗燃气爆炸安全防护技术研究 11
1.2.3　已有研究存在的不足 22
1.3　本书主要内容 23
第 2 章　管沟燃气爆炸试验 25
2.1　试验设计 25
2.1.1　试验装置 25
2.1.2　试验流程 31
2.1.3　试验工况 32
2.2　试验结果分析 33
2.2.1　超压时程曲线特征 34
2.2.2　可燃气体体积分数对爆炸荷载的影响 38
2.2.3　爆炸荷载分布特征 40
第 3 章　城市浅埋管沟燃气爆炸泄爆效应 45
3.1 FLACS 软件概况 45
3.1.1　软件简介 45
3.1.2　基本模型 46
3.2　数值模拟验证 48
3.2.1　物理模型 48
3.2.2　网格敏感性分析 49
3.2.3　试验与模拟对比 52
3.2.4　泄爆口泄爆作用分析 55
3.3　泄爆效应的影响因素分析 58
3.3.1　泄爆口布置对泄爆效应的影响 58
3.3.2　泄爆面积对泄爆效应的影响 64
城市浅埋管沟燃气爆炸安全防护
3.3.3　端部开口对泄爆效应的影响 68
第 4 章　城市浅埋管沟燃气爆炸荷载分布模型 71
4.1　管沟燃气爆炸过程研究 71
4.1.1　物理模型建立 71
4.1.2　爆炸过程分析 72
4.1.3　模拟结果分析 75
4.2　管沟燃气爆炸荷载影响因素 83
4.2.1　管沟类型 83
4.2.2　可燃气云长度 86
4.2.3　管沟截面尺寸 88
4.2.4　管沟长度 91
4.3　超压峰值分布模型 96
4.3.1　爆炸平面冲击波物理模型 96
4.3.2　中间降压段模型建立 97
4.3.3　中间降压段模型修正 99
4.3.4　端部降压段模型建立 105
4.3.5　超压峰值分布模型简化及验证 106
第 5 章　管沟内燃气爆炸冲击波地面传播规律 109
5.1　燃气爆炸荷载地面传播规律分析 109
5.1.1　物理模型 109
5.1.2　管沟外冲击波传播过程及机理分析 112
5.1.3　超压时程曲线特征分析 116
5.1.4　超压峰值分布规律 118
5.2　冲击波超压峰值的影响因素分析 120
5.2.1　点火位置的影响 121
5.2.2　泄爆口大小的影响 122
5.2.3　气云长度的影响 123
5.2.4　截面面积的影响 124
第 6 章　城市浅埋管沟燃气爆炸事故灾害效应评估 126
6.1　管沟燃气爆炸灾害效应评估 126
6.1.1　伤害准则介绍 126
6.1.2　燃气爆炸冲击波危险距离评估 129
6.2　青岛1122原油泄漏爆炸事故 133
6.2.1　爆炸事故概况 133
6.2.2　事故仿真模型 136
6.2.3　仿真结果验证及分析 137
6.2.4　荷载分布模型应用 139
第 7 章　管沟盖板在燃气爆炸荷载作用下的动力响应 144
7.1　城市浅埋管沟系统 144
7.1.1　截面形状 144
7.1.2　矩形管沟结构设计 145
7.1.3　管沟系统附属设施 145
7.2　钢筋混凝土矩形管沟模型验证 148
7.2.1 LS-DYNA 软件算法介绍 148
7.2.2　管沟燃气爆炸试验简介 149
7.2.3　模型验证及网格敏感性分析 151
7.3　管沟盖板动力响应数值分析 156
7.3.1　参数设置 156
7.3.2　管沟盖板在燃气爆炸荷载下的动力响应特征 158
7.3.3　管沟盖板动力响应的参数化分析 161
7.4 FRP 加固管沟抗爆性能数值模拟分析 164
7.4.1 FRP 加固管沟数值模型 164
7.4.2　动力响应特性分析 165
7.4.3 FRP 参数分析 169
参考文献 173