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专论综述

而，当θ＜26°时，破坏水压需要超过250kPa
（分别是θ=25°对应264.5kPa，θ=20°对应

321.4kPa），初期裂缝才会由于末端应力超过

极限强度继续开展。当裂缝末端进入管道断
面第二象限后，破坏水压已降到170kPa以下

（圆心角为30°、45°），并随着裂缝长度增加
缓慢下降。当裂缝断面圆心角θ=90°时，管道

破坏临界水压仅为140.9kPa。

结合图10和图11对比分析可知，管道先
期开裂状态及初始裂缝断面角度θ对其整体
图10 不同初期裂缝断面圆心角下水压
对裂缝末端拉应力的影响 安全及爆管形成具有重要的影响，总体可
限强度；45°位置为管体结构受荷反弯点区 分为三个阶段，即①先期开裂初始裂缝阶段

域。当初期裂缝末端位于管道断面第三象限 （0°＜θ≤30°），管道裂缝仅会随着外部荷

时（裂缝断面圆心角θ≤30°），最大拉应力 载达到临界破坏荷载条件后，管道裂口在应
出现在管道外壁，且θ=30°，28°，26°时， 力集中作用下急剧发展；②管道已形成裂缝

100kPa内水压对应的裂缝最大拉应力相较于 发展条件（30°＜θ≤60°），一旦满足内外部

θ=60°，45°有所提高，但其随着管内水压增 压力条件，裂缝会继续发展具备形成连续的
加而增加的增速明显低于前面三种情况，因 裂缝，从而让管道裂缝有达到爆管的可能；③

此，导致其破坏内水压相较前三种情况高。 管道形成贯通裂缝且发生爆管（θ＞60°），
为了进一步分析管体初期裂缝发展与内 即管道在达到并具有贯通开裂条件后，内部

水压的相互关系，当初期裂缝末端拉应力到

达材料极限抗拉强度，此处材料将发生破坏
失效，同时，初期裂缝继续发展，假定此时的

管内水压为临界破坏水压P 管道破坏临界水
f，
压与裂缝断面圆心角的关系见图11。由图11可

知，当裂缝较短（θ≤30°），其末端位于管道

断面第三象限时，破坏所需水压较大，并随
着裂缝长度减小迅速上升，当θ≤28°，26°

时，裂缝末端发生破坏时的管内水压分别为

223.7kPa，248.2kPa，该临界水压处于事故管
道的正常工作水压范围内（200～250kPa）。然 图11 破坏水压随裂缝断面圆心角变化图

18 地下管线管理