不同地质条件下管线破坏研究

王琼　王洪波　徐朝阳　唐雯雯　江双双

摘 要：中国的管线分布广泛，沿线地质形态复杂，受到地质环境损伤程度也不同。本文分析国内外各种地质条件下对管线造成破坏的基础上，对埋地管线建立了有限元模型。

关键词：地质条件，管线破坏，模拟研究

1.埋地管道破坏模式

埋地管道跨断层时，其破坏模式可分为三类：裂纹破坏、屈曲破坏、坍塌和塌陷破坏。裂纹破坏发生在断层与管道交角小于90度时，特别是当轴向拉伸应变超过管道屈服允许值时，容易发生应力集中。裂纹破坏可分为 横向裂纹、纵向裂纹、斜裂纹和扭转裂纹四种类型。当管道与断层交角大于90度时，发生屈曲破坏。根据埋设情况、断层交角和管壁厚度等不同因素，曲破坏可分为三种类型：梁式屈曲，管子埋得比较浅，回填土又比较疏松，容易發生此类破坏;铰式屈曲，管道与断层之间的夹角大于90度小于180度，管道除了受压载荷外，还会受到弯曲荷载作用时发生此类破坏;壳体屈曲，在受纯压缩载荷作用下，管径较大，管壁较薄，很容易发生这种情况。坍塌与塌陷破坏包括图1（a）的局部坍塌和图1（b）的局部塌陷。

2.有限元模型参数的选取

研究对象为不同地质管线破坏的研究，由于在管线的布置过程中弯管或接头位于断层的情况很少，所以取直管段跨越断裂带。若取的模型尺寸势必会增加不必要的计算时间，为了获得管道合理的计算长度，进行了多个文献的查取，通过文献的查取，可知道在断裂带周边一定范围之内，管道不再受断层所影响或者影响很小。如表1所示。

综合表1最终确定计算的合理长度为450米。模型结构长度为450m，取模型的宽度为30m，高度为25.016m，管道直径为1016mm，埋深2.4m。软硬相间地质中分割位置为结构中心处，倾斜角度为45°，管线通长布置。其中跨断层上覆土层厚度为21.016米，下部基岩4米，上覆土层中管线通长布置。断裂带为一倾斜的薄弱岩体，位于模型的中间部位，断层倾角75°。模型主要由下部土层（基岩）、上覆土层（软黏土）、断裂带（砂土）、管线（钢材）组成。

3. 有限元模型的建立

模型结构长为450m取模型的宽为30m，高为25.016m，分割位置为结构中心处，倾斜角度为45度。选择基岩-软土（深蓝色）、基岩-砂土（粉色）、基岩-软黏土（黄色）、基岩-中硬黏土（绿色）、基岩-硬黏土（紫色）五种情况进行对比分析，如图3-9所示。

参考文献：

[1]王琼. 跨断层隧道地震反应分析[D].中国地震局工程力学研究所，2011.

[2]唐永进. 压力管道应力分析[M]. 北京：中国石化出版社，2009：95-97

[3]李杰.生命线工程抗震—基础理论与应用[M].北京：科学出版社，2005.