1、仿真模拟
利用ANSYS LS-DYNA对上述冲击试验进行三维仿真模拟分析，仿真模型由以下三部分构成：落石、试件（分别为钢带PE波纹管和钢管）、砂垫层。落石采用质量分别为90kg、180kg、300kg的球形刚体模型（参数详见表1）；试件和砂垫层采用和试验材料完全一致的几何尺寸，其中钢带PE波纹管屈服模型是Bilinear isotropic 双线性各向同性硬化模型（ID800、SN16、层压壁厚≥12.5,具体参数详见表1），钢管同样采用双线性各向同性硬化模型（ID800、管厚8，具体参数详见表1），共划分2400个4节点壳体单元。
表1 仿真部件参数
砂垫层采用橡胶非线性弹性模型，密度为1078kg/立方米，剪切模量G=16.26MPa，共划分1078个节点实体单位，垫层底面节点定义为固端约束。初始条件为球形落石在试件顶部1m处以初速度10.84m/s自由下落，落石与圆管、圆管与垫层之间接触均为面与面接触。
试验结果详见表2。由表可知，钢带PE波纹管的最大凹陷变形值与钢管的最大凹陷变形值相差不大，最大凹陷值均不招过100mm，两试件的抗冲击能力都能满足应急逃生需求。
2、冲击试验
试验在加工厂内进行，试验试件分别为钢带PE波纹管和钢管，模拟岩块从隧道顶部掉落。钢带PE波纹管试件采用单节长度L为6m、ID800、环刚度SN16；钢管试件采用单节长度L为6m、ID800、壁厚H为10mm，可见两试件尺寸规格基本一致。冲击试件为块状孤石，重量分别为90kg、180kg和300kg三种。试件垫层均为用平整放置的砂袋，垫层厚250mm，宽800mm。冲击试件离圆管顶部距离主要取决于隧道断面的开挖高度，本试验均为7m，石块试件高度由龙门吊进行提升，通过调整龙门吊前后移动来控制落石的冲击部位。除垫层对基底部产生竖向与水平摩擦约束外，试件外部不受其它方向约束。
实验时，将试件平铺于砂垫层上，用龙门吊提升石块试件至相应高度，然后空中释放石块任其自由下落并与试件发生撞击。为比较试件两端和中间断面的抗击能力大小，试验过程分别用300kg落石对两个不同截面进行冲击。由于隧道塌方落石的掉落可能会偏离逃生管纵轴线一定距离，因此，除模拟对顶撞击外，试验还模拟了石块与试件的斜交撞击。
试验结果详见表2。表中分别列出了不同冲击能量的冲击部位、撞击角度以及最大凹陷变形值，从该结果可以看出，两试件的最大凹陷变形值均不招过85mm，均满足应急逃生需求。
表2试验与仿真模拟结果
由仿真模拟与现场实验比较可知，在最大冲击能量（2.06*104J）作用下，数值模拟结果与实验结果基本吻合。撞击发生后，钢管和钢带PE波纹管被撞击部位均产生局部凹陷，而钢带PE波纹管柔性反作用力较强，两试件的局部凹陷均满足应急逃生需求。
3、关门坍塌仿真
模拟发生关门塌方时，钢带PE波纹管中间部位被洞室岩层埋盖，模拟试件采用洞内碎石（密度为2500kg/立方米，弹性模量E=40 GPa，泊松比v=0.2. 试件选用钢带PE波纹管），钢带PE波纹管屈服模型仍然选用Bilinear isotropic 双线性各向同性硬化模型（参数仍选用上述实验参数），垫层不变。初始条件为岩石从6米高处以初速度0m/s自由下落，岩层与管件全面接触，岩层不断堆积直至距垫层7米高为止，模拟效果与关门塌方时类似。
在模拟关门塌方中，堆积的岩石将试件压成椭圆状，但钢带PE波纹管变形不大，能满足应急逃生需求。
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