埋地管道震害特征及机理分析

《埋地管道震害特征及机理分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、埋地管道震害特征及机理分析[摘要]埋地管道的抗震安全问题已成为生命线地震工程的重要研究内容，受到了世界各国地震工作者的高度重视，笔者通过对国内外大量相关文献的查阅及分析研究，总结了埋地管道的地震反应特征和破坏类型，并对其的破坏机理进行分析，以期为埋地管道的抗震设计提供科学的依据和有益的参考。[关键词]埋地管道；破坏类型；震害破坏机理中图分类号：TU457文献标识码：A0引言随着我国对地下空间的开发力度的加大，地下结构工程的数量迅速增加，作为生命线工程的埋地管道在输送水、油、气、煤以及在通信交通和排水等方面得到了越来越广泛的应用，堪称现代工业和城镇生活的大动脉，

2、其破坏可导致城市乃至区域社会经济功能的瘫痪[1][2]，如1971年美国圣费尔南多地震，使加里福尼亚州圣费尔南多山谷的地下输气管道和给排水管道遭受重大破坏，给排水和天然气管道有2400处遭到破坏，震中附近有25.6km管道破坏[3]11[6]；1976年中国唐山地震，7.8级地震使全市给水系统瘫痪，抢修了一个多月才基本恢复供水，秦京输油管线有4处破坏，流失原油1万余吨，造成了资源的严重浪费，且污染了大片农田、河流，次生灾害严重[4]；2008年“5.12”汶川地震使震区供水管网受到严重破坏，供气系统设施也出现不同程度的破坏，据不完全统计，供水系统共有677个水

3、厂受损，11万处管线破坏，受损长度高达1.38万km；排水管网管道受损长度约3300km，供气系统设施受损5.1万处，供气系统设施受损5.1万处，供气管道受损长度达到992km[5]。这些震害经验表明，现代城市对生命线工程系统具有高度的依赖性，其抗震问题也引发了各国学者的关注，地下工程结构的抗震安全和抗震设计已经成为工程界普遍关心的问题。笔者通过对大量埋地管道震害的分析研究，总结了埋地管道的地震反应特征和破坏类型，并对其破坏机理进行分析，以期为埋地管道的抗震设计提供科学的依据和有益的参考。1埋地管道的振动反应特征根据国内外学者对原型观测（震害调查和现场试验）资

4、料的研究分析以及近年来的研究成果，总结了埋地管道在地震波作用下反应特征的一般规律，其是进行埋地管道地震反应分析的依据[6]-[12]。11（1）破坏荷载：理论分析和实际震害均表明，埋地管道的破坏主要由地震行波的传播、场地失效（断层相对运动、土体液化等因素）引起，受地震波传播影响而引起的土体变位造成的震害较轻，但影响面广，是埋地管道破坏的最基本形式；场地失效所造成的管道破坏都相当严重，且难以避免，选址时应尽量避免此类地段。（2）地面位移：对埋地管道地震破坏的研究发现，埋地管道振动中的主要应变与地震加速度大小的联系不很明显，而对周围岩土体应变十分敏感，周围岩土体应

5、变越大管道破坏越严重。埋地管道的自振频率远大于土体的振动频率，管道受到周围土的阻尼影响很大，管道运动产生的惯性力，对结构自身的反应仅有非常小的影响，管道的反应性态主要取决于沿线土体的位移特征，而对土体的运动位移特征几乎无影响。（3）地震波传播方向及频谱特性：埋地管道的振动形态受地震波传播方向的影响很大，地震波的入射方向发生不大的变化，管道各点的变形和应力可发生较大变化。埋地管道走向与地震作用方向吻合时，管道动应变最大，损坏最大；当地震作用方向垂直于管轴方向入射时，管道动应变最小。埋地管道的动应变不仅和地面应变的峰值有关，还与地震动的频率含量有关，尤其是对低频含

6、量十分敏感。低频含量愈丰富的地震波，激起的管道动应变越大。11（4）场地条件：埋地管道的破坏程度基本随地震烈度的增大而加重，埋地管道从一种类型土壤过渡到另一类型土壤的过渡区震害较严重；软土中的管线较硬土中的管线震害严重，同一地震烈度下，复杂地基和软弱地基比基岩地基中的管道震害严重得多。（5）管土间相互作用：现场震害资料证明，地震时埋地管道受周围土体的约束与周围岩土体一起运动，受管道本身的刚度的影响，管道的变形比未敷设管道的土体变形小，只要管土界面的剪应力未达到临界剪应力，管道就随同周围岩土体一起运动。当管土界面的剪切应力达到临界剪应力或管土间的极限摩擦力时，管

7、土之间将发生滑移。（6）管道变形：震害资料及理论分析均表明，直埋管道的轴向应变远较弯曲应变凸显，以轴向应变为主，而弯管、大直径管道则需要考虑弯曲变形。（7）管道的材质及构造：埋地管道的材质、口径、壁厚、接口型式均有不同程度的影响。埋地管道的破坏大多是由于管道强度不足以抵抗周围土体传来的振动变形而引起的；震害资料表明：柔性接口的震害率明显低于刚性接口，这是由于柔性接口具有较好的延性，可以吸收较多的变形；管道横截面的刚度与管径和壁厚有关，小口径管道在土中的约束程度比大口径的约束作用大。日本、美国以及我国海城，唐山两次强震中的震害均表明，管道的破坏随管径增大而减小，

8、这说明管道刚度的影响不可忽视，但是各国