断层作用下埋地管道研究综述

方明忠，杜丹丹

(华北理工大学，河北 唐山 063000)

1 断层作用下埋地管道研究意义

我国是一个多地震的国家，地震所产生的场地变形多为断层作用。近年来，我国的埋地管道输送系统发展非常迅速。根据经验发现由地质灾害所引起的永久地面变形是长距离埋地管道的主要威胁。其中，断层作用是最为危险的。因此，对断层作用下埋地管道力学性能的分析与研究具有非常重要的意义。

2 研究现状

2.1 理论分析

Newmark和Hall提出了断层作用下埋地管道分析的一种近似的算法[1]。他们不考虑惯性力的作用，并且假设管道是埋在带边坡的浅沟内。管道与土体一起在断层的作用下运动，由管道的轴向变形完全吸收掉断层的错动位移，对土的横向作用和管道弯曲变形不考虑。

Karamitros等[2]通过将远离断层面的管道小变形模拟为弹塑性的地基梁，断层面处附近较大变形管道模拟成弹性梁。并且考虑了连接点处剪力，从而得到了管道的横截面上实际的应力分布情况。

王滨[3]在Karamitros模型的基础上，通过考虑管道与土体之间相互影响的非线性的关系。提出了较为准确的场地土均一的走滑断层作用下埋地管道反应的理论解析法。

2.2 数值模拟

2004年，刘爱文等[4]通过使用了土体弹簧来模拟土体对埋地管道的约束作用，提出了等效边界有限元的模型，并使用非线性的弹簧模型施加到了壳单元模型的两侧从而替代了远端管道的影响，从而推导得出了在半无限的条件下的埋地管道的端部受拉时的轴力和位移定量的关系。

2009年，闫相祯等[5]根据前人的等效边界模形，从而分析了在两种特殊情况下断层作用对埋地管道的应变影响。

2016年，刘啸奔等[6]根据弯管的单元模形，研究了在走滑断层作用下的埋地管道的最大的应变，从而得到了一种半经验半理论的预测模型。这对管道受到压缩和弯曲荷载的联合作用下应变响应能够做出比较准确的预测。

2.3 试验研究

2000年，冯启民等[7]进行振动台试验研究，采用了1:30的几何相似比，分别进行拟静力加载和动力加载，测量了箱体的错动位移和管线变形，通过研究发现埋地管道的轴向的变形是反对称的形状，并且在断层处附近的管道变形运动剧烈，在远离断层面处的埋地管道同土体一起变形运动，埋地管道的最薄弱位置在距离断层面位置一定处。

2014年，陈艳华，王乐等[8]人自行研究设计了三箱体综合埋地管道试验装置，研究了埋地管道在场地不均匀沉降以及走滑断层作用下埋地管道的力学性能试验，最后得道了埋地管道在不同场地变形工况下的受力反应。

4 总结与展望

埋地管道在断层作用下破坏显著，对该方面的研究是必不可少的，也是需要进一步加强研究的。关于在断层作用下埋地管道的失效和破坏模式的研究，对更进一步的提高埋地管网的抵抗能力，采取有效正确的防护保护措施，以及确保埋地管道在场地大变形作用下的安全有效运行有着非常重要的现实意义。