斷層作用下埋地管道研究綜述

方明忠，杜丹丹

(華北理工大學(xué)，河北 唐山 063000)

1 斷層作用下埋地管道研究意義

我國是一個(gè)多地震的國家，地震所產(chǎn)生的場地變形多為斷層作用。近年來，我國的埋地管道輸送系統(tǒng)發(fā)展非常迅速。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)由地質(zhì)災(zāi)害所引起的永久地面變形是長距離埋地管道的主要威脅。其中，斷層作用是最為危險(xiǎn)的。因此，對斷層作用下埋地管道力學(xué)性能的分析與研究具有非常重要的意義。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 理論分析

Newmark和Hall提出了斷層作用下埋地管道分析的一種近似的算法[1]。他們不考慮慣性力的作用，并且假設(shè)管道是埋在帶邊坡的淺溝內(nèi)。管道與土體一起在斷層的作用下運(yùn)動，由管道的軸向變形完全吸收掉斷層的錯(cuò)動位移，對土的橫向作用和管道彎曲變形不考慮。

Karamitros等[2]通過將遠(yuǎn)離斷層面的管道小變形模擬為彈塑性的地基梁，斷層面處附近較大變形管道模擬成彈性梁。并且考慮了連接點(diǎn)處剪力，從而得到了管道的橫截面上實(shí)際的應(yīng)力分布情況。

王濱[3]在Karamitros模型的基礎(chǔ)上，通過考慮管道與土體之間相互影響的非線性的關(guān)系。提出了較為準(zhǔn)確的場地土均一的走滑斷層作用下埋地管道反應(yīng)的理論解析法。

2.2 數(shù)值模擬

2004年，劉愛文等[4]通過使用了土體彈簧來模擬土體對埋地管道的約束作用，提出了等效邊界有限元的模型，并使用非線性的彈簧模型施加到了殼單元模型的兩側(cè)從而替代了遠(yuǎn)端管道的影響，從而推導(dǎo)得出了在半無限的條件下的埋地管道的端部受拉時(shí)的軸力和位移定量的關(guān)系。

2009年，閆相禎等[5]根據(jù)前人的等效邊界模形，從而分析了在兩種特殊情況下斷層作用對埋地管道的應(yīng)變影響。

2016年，劉嘯奔等[6]根據(jù)彎管的單元模形，研究了在走滑斷層作用下的埋地管道的最大的應(yīng)變，從而得到了一種半經(jīng)驗(yàn)半理論的預(yù)測模型。這對管道受到壓縮和彎曲荷載的聯(lián)合作用下應(yīng)變響應(yīng)能夠做出比較準(zhǔn)確的預(yù)測。

2.3 試驗(yàn)研究

2000年，馮啟民等[7]進(jìn)行振動臺試驗(yàn)研究，采用了1:30的幾何相似比，分別進(jìn)行擬靜力加載和動力加載，測量了箱體的錯(cuò)動位移和管線變形，通過研究發(fā)現(xiàn)埋地管道的軸向的變形是反對稱的形狀，并且在斷層處附近的管道變形運(yùn)動劇烈，在遠(yuǎn)離斷層面處的埋地管道同土體一起變形運(yùn)動，埋地管道的最薄弱位置在距離斷層面位置一定處。

2014年，陳艷華，王樂等[8]人自行研究設(shè)計(jì)了三箱體綜合埋地管道試驗(yàn)裝置，研究了埋地管道在場地不均勻沉降以及走滑斷層作用下埋地管道的力學(xué)性能試驗(yàn)，最后得道了埋地管道在不同場地變形工況下的受力反應(yīng)。

4 總結(jié)與展望

埋地管道在斷層作用下破壞顯著，對該方面的研究是必不可少的，也是需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究的。關(guān)于在斷層作用下埋地管道的失效和破壞模式的研究，對更進(jìn)一步的提高埋地管網(wǎng)的抵抗能力，采取有效正確的防護(hù)保護(hù)措施，以及確保埋地管道在場地大變形作用下的安全有效運(yùn)行有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。