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The Management of underground pipeline
理，实际分析中包括以下三个基本工况：管道
正常受荷工况，管道开裂工况和管道开裂破
坏工况，研究中重点分析管道裂缝不同长度
及其发展模式对管道爆管影响和管道开裂后
爆管物理过程，即管道裂缝发展物理过程和
爆管破坏事件形成机制。
图8 有限元几何模型
3.1 管道裂缝发展物理过程
根据管道实际荷载作用及约束条件分
析，完好的埋地管道在内外荷载的作用下，
其内力形式一般为管道上下顶点内壁受拉，
左右顶点外壁受拉，最大拉应力出现在管
图9 有限元网格划分图 顶或管底（取决于地基角的大小）。当管壁
上存在裂缝时，裂缝末端往往会出现应力
元模型的几何模型与网格剖分详见图8和图9
所示。 集中区域附近。考虑管道实际运行中，管体
利用建立的有限元几何模型，对其物理 裂缝在管道内部压力及外部荷载等综合作
参数赋值见表1。本次有限元模型中管体采用 用下会发展变化，结合本次溧阳路四平路
四节点缩减积分通用壳单元（S4R），网格尺寸 11•16爆管事件，重点分析管道内水压对管
为0.01m，使用接地弹簧来模拟管道周边土体 道结构安全影响。
对管道的约束，假定土体弹簧为只承受压力的 根据现场爆管实际破坏裂口断面情况，
单向土弹簧，受压弹簧的刚度通过土弹簧抵抗 为了分析不同裂缝长度及形式对裂缝末端拉
系数按模型中单个结点与网格对应面积进行 应力随管内水压变化影响，计算模型中不同
等效计算，管道末端（远端）施加管道轴向约 曲线对应不同初期裂缝断面圆心角θ，分别计
束。边界条件与约束（土弹簧约束）施加于初 算管道内压力与初期裂缝断面圆心角θ的关
始步中，在分析步中施加所有荷载，考虑爆管 系如图10所示。
模拟分析几何非线性，将计算分析步中的几何 由图10可知，当管道初期裂缝末端位于
非线性开关（Nlgeom）设置为打开。 管道断面第二象限，管道发生开裂后的裂缝
断面圆心角θ=90°，60°，45°，计算得到管
3 管道开裂及爆管动力分析
道最大拉应力出现在管道内壁，并随着管内
为了研究分析管道开裂破坏对其安全 水压增加而迅速增加，随着θ的减小而减小；
影响，分析管道在不同内压及外部荷载作用 当管内水压分别达到140.9kPa，143.4kPa、
下开裂发展过程，揭示管道从开裂到爆管机 167.1kPa时，裂缝末端拉应力达到受拉极
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