基于正交试验法的埋地钢管参数敏感性分析

伍鹤皋，于金弘，石长征，石雅竹

(武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072)

1 研究背景

国内长距离输水工程中埋地钢管的应用逐渐增多，钢管结构的安全性及经济性问题越来越突出。埋地钢管可认为一种由钢管和土体组成的联合承载体，管周土体参数的改变通常会影响钢管的结构承载性能[1]。在埋地钢管的结构设计中，当钢管的管径和埋深确定后，回填土体的土质及压实度、垫层包角、沟槽底部开挖宽度及倾角等众多因素都将影响钢管的变形及应力状态[2]。因此，区分哪些参数对钢管结构性能影响较为显著，从而选取合适的参数，提高埋地钢管的安全性及经济性，是当前亟待解决的问题。

国内外关于埋地钢管相关参数的敏感性研究相对较少，并且通常采用单因素分析法即分析时仅变化一个参数并假定其余参数不变，来比较指标值随参数的变化关系[3]。Kawabata[4]对大直径埋地钢管回填不同材料进行对比试验，发现回填材料会显著影响钢管结构性能；Masada[5]采用解析法分别对土体模量、钢管刚度和垫层包角等参数进行研究；周正峰等[6]采用有限单元法分别对基床包角、基础刚度和管土相对刚度等参数对钢管结构的影响展开研究；Dezfooli等[7]采用有限单元法对管土间摩擦系数进行敏感性分析，结果显示该摩擦系数对钢管变形的影响较小；肖俊等[8]采用基于Spangler理论的有限单元法，通过控制土体模量来模拟因地基差异引起的柔性管道沉降问题；……