软土沉降位移作用下大口径管道轴向应力状态研究*

季蓓蕾，刘啸奔，江金旭，易斐宁，武学健，刘玉卿，张 宏

(1.中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室，北京 102249；2.国家管网集团北方管道有限责任公司，河北 廊坊 065000;3.中国石油天然气管道工程有限公司，河北 廊坊 065000)

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随着经济的发展，油气资源需求量逐步增长，长输管道逐渐向长距离、大口径、高压力方向迈进。我国幅员辽阔、地质环境复杂，油气长输管道途经多地，面临着沉降、冻胀、滑坡等多种地质灾害的威胁。地质灾害的发生可能引起土壤移动和变形，导致穿越地质灾害区的管道发生变形甚至失效。

软土沉降是威胁我国南方地区油气管道安全的主要地质灾害之一，软土发生沉降的主要原因为在管道等外载荷作用下，土体随时间的推移孔隙水压力逐步消散[1-3]。针对地质灾害产生的位移载荷作用下管道的力学响应状态，国内外学者进行一系列研究。Zhang等[4]围绕采空沉陷区管道的设计应变开展案例分析，探明沉陷等多种载荷作用下管道的应变响应状态；Liu等[5-7]研究不同形式断层作用下管道的应变响应，并提出简化的管道地质灾害综合位移模型及管道设计应变计算模型；王付会等[8]基于有限元软件对水网地段不同深度的管道沉沟过程进行力学模拟，明确管道下沟过程中的应力响应；Han等[9]借助有限元计算软件得到滑坡作用下管道的轴向应力计算公式，并使用滑坡现场的实验数据对该公式的准确性进行验证；Vazouras等[10-12]采用实体单元模型对走滑断层作用下埋地钢管的力学响应进行详细分析，给出对应的临界断层位移的变化规律。……