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专论综述

表1 有限元模型中计算用参数
管道基本属性 数值 土体属性及其他 数值
3
管道长度L（mm） 2000 土重度（kN/m ） 18.5
管道外径D 0 （mm） 1283 土弹性模量（MPa） 40
管壁厚度t（mm） 23.3 土泊松比v s 0.3
弹性模量E p （MPa） 78 覆土厚度H（m） 1.1
0.26 基床角2α（°） 90
泊松比v p
屈服强度f y （MPa） 156 单个车轮分布长宽a，b（m） 0.2，0.6
极限强度f u，t （MPa） 195 土弹簧抵抗系数k s （MPa） [11][12] 4
初期裂缝宽度d（mm） 3 车辆荷载轮压Q v （kN） [13] 140
全过程进行分析，因此，利用有限元建模分析 模分析中将该管道裂缝简化为一直径为D 的
0
的难点包括：如何准确的模拟管道先期开裂 圆柱与本次管道相互交叉形成交线ABC，裂

状态，同时，如何实现对管道开裂到爆管全 缝在管道断面的圆弧角∠AOC=120°，初期
过程的动力作用。 裂缝为该弧线的一部分AB段，其对应的断

针对爆管管道前期开裂裂缝问题，2017 面圆弧角∠AOD=θ（简称为裂缝断面圆心角

年11月18日研究组采用徕卡ScanStation P40 θ），管道开裂及裂缝的几何模型如图6和图7
新一代超高速三维激光扫描仪对爆管事件管 所示。

道进行3D激光扫描，现场开展了4次基站扫描

获得了约6GB数据，利用上述数据对管道进
行三维建模，通过三维模型参数获取爆管管

体的破坏情况和几何参数。该铸铁管道接口
附近发生爆管区域管片贯通裂缝在管道断面

上圆弧角分布在管顶单侧约118°范围内，管 图6 有限元模型中初期裂缝示意图
道断面与贯通裂缝最远点距离约970mm。同

时，观察破坏管道破裂面情况，管体脱落区域

的裂缝靠近管璧底部及侧面锈蚀较明显（呈
现明显的黑褐色，锈蚀厚度约1mm），而靠近

管顶的沿轴向裂缝端锈蚀发展程度低（呈现

红色，仅有表层锈蚀），可以推测该爆管事件
发生前，管道裂缝先期已在管壁侧面形成，实 图7 裂缝管道横断面

际运行中各种荷载作用引起裂缝向管顶部位 利用上述建立的管道几何模型，对其进
发展。 行有限元网格剖分，按网格尺寸为0.01m进行

结合图3管道三维扫描模型，有限元建 全局播种（global seeding），建立的整个有限

16 地下管线管理