横穿滑坡埋地管道的有限元建模与非线性分析

摘要

埋地输油气管道作为长距离运输的典型线状工程，沿线滑坡地质灾害对其安全运行构成潜在威胁与实质破坏。以滑坡区及周界处埋地管道的大变形响应为核心，在建立横穿滑坡管道力学模型的基础上，综合考虑滑坡体滑移非均匀性、管道与滑坡周界交角、管端边界条件及管土相互作用非线性等关键因素，提出滑坡边界等效断层模型及管端等效弹簧边界模型，构建横穿滑坡埋地管道的三维非线性有限元模型，并通过案例分析与模型验证确保其准确性。基于此模型开展多工况数值模拟，深入研究横向滑坡区中部埋地钢质管道的破坏模式和滑坡参数敏感性。研究表明，埋地钢管会出现拉伸破坏、屈曲破坏、侧向位移、弯曲变形等失效模式；管道最大应变与滑坡位移量、滑坡倾角呈正相关，但与滑坡宽度变化相关性较弱；滑坡周界滑动方向与管道轴向交角显著影响周界附近管道受力状态，建议优先采用75°交角进行防护设计。研究结果为横向滑坡作用下埋地管道安全评估提供了有限元分析方法，同时深化了对埋地管道破坏模式及大变形影响机理的认识。

关键词

横向滑坡 / 埋地钢质管道 / 等效边界 / 有限元分析 / 大变形

基金资助

国家自然科学基金(52278540); 中国地震局地震科技星火计划项目(XH20006Y); 河北地质大学博士科研启动基金项目(202474)