横向滑坡作用下管道裂纹力学影响因素分析∗

地质灾害和管体缺陷是油气管道安全运行的两大风险,山体滑坡是长输油气管道常见的一种地质灾害,裂纹是管道运行中难以发现却时有发生的管体缺陷之一。当穿越滑坡区的管道遭遇管体裂纹时,多重载荷的作用可能导致管体裂纹加剧甚至断裂失效。基于极限分析设计准则,研究了相关因素对滑坡区管道轴向裂纹的影响,采用有限元法,分析了滑坡宽度、滑坡位移、裂纹位置、裂纹深度比、裂纹形状比以及管道内压对裂纹J积分的影响。结果表明:滑坡宽度越大,J积分越小,滑坡位移越大,J积分越大;裂纹处于12点位置时,其J积分值最大,即轴向裂纹垂直于滑坡面时最危险;裂纹深度比和管道内压的增加均会导致J积分最大值呈指数增加,而裂纹形状比的增加会导致J积分最大值呈线性减小,J积分均在裂纹最深处取得最大值;较大的裂纹深度比会导致裂纹沿深度方向的扩展速度远大于沿长度方向,而较大的裂纹形状比会导致裂纹沿长度方向的扩展速度高于沿深度方向。