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The Management of underground pipeline

种荷载作用下裂缝处形成应力集中。同时，由 柱压力、地面超载或路面车辆荷载； q 为管
m
于管体材料的劣化、腐蚀等影响以及管体内 侧所受侧向土压力荷载，假定为抛物线分布；

部压力、外部荷载包括上部管体挤压、道路车 G为管道与管内水自重合力， q /sinα+q 为管
c
re
辆和温度变化影响等长期综合作用，管体的 底土的反作用力， α为地基土弧角； P 为管内
i
裂缝将进一步发展造成开裂区域扩大，最终 水压，管道所受土体约束如图5b所示， k 为受
s
形成了本次爆管事件中管道管体部分管片撕 压单向土弹簧，代表土体对管道变形的约束。
裂脱落。因此，研究中考虑上述基本现象和 因此，考虑实际管道敷设条件，采用管体-土

物理过程，收集管道的几何尺寸和物理参数， 体共同作用模型，将管道受力及约束条件按

利用有限元静动力分析方法研究管道在各种 照图5所示建模。
荷载作用受力特性和初期裂缝形式。

2.1 管道基本几何和物理参数
本次 爆管 事 件 管 道材质 为 铸 铁，该

DN1200铸铁管外径D =1283mm，管道壁厚
0
t=23.3mm，现场管顶覆土厚度约H=1.10m，
管道正常工作压力约p=150kPa-250kPa。参考

[9]
类似铸铁管材的材料物理参数 ，弹性模量
为E=78GPa，泊松比为v =0.26，屈服强度取
p
应变为ε=0.2%对应的应力即156MPa，应变极

限ε=0.5%，极限强度195MPa。由于铸铁管材
图4 爆管管道材料本构模型
的受拉强度远小于受压强度，铸铁管道一般

破坏均为受拉脆性破坏，因此，研究以第一主
应力超过抗拉强度作为材料失效标准，模型

中管体铸铁材料本构关系采用双折线模型，

如图4所示。
2.2 管道荷载作用及约束条件

参考我国《给水排水工程管道结构设计
a.《规范》柔性管所受荷载 b.模型中土弹簧示意图
[10]
规范》（GB50332）（后简称为《规范》） ， 图5 埋地管道有限元模型的荷载与约束示意图
一般认为大口径埋地管道为柔性管道，考虑 2.3 爆管有限元数值建模分析

埋地管道敷设条件和所受荷载及约束，管道 结合本次爆管事件管道的几何尺寸和物

主要承受的荷载如图a所示，其中， q 为管道 理参数，选择长度2m管道进行建模分析，具
v
上部覆土传递至管顶的荷载，包括管顶上土 体建模参数见表1。由于本次建模需要对爆管

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