摘要：本文回顧了地下管道在國內(nèi)外的幾次大地震中所受到的震害現(xiàn)象，并從地震中得到啟發(fā)和認識。為了更好地推進對地下管道抗震性能的研究，重點闡述了地下管道震害方面的相關(guān)研究情況，并針對地下管道的震害特點,介紹了地下管道抗震的主要措施與對策。
　　關(guān)鍵詞：地下管道；震害特征；屈曲變形；上浮作用；抗震性能
　　一、引言
　　隨著現(xiàn)代化城市的不斷“擴張”與發(fā)展，地下管道已廣泛的應(yīng)用于輸油(氣)、輸水等方面，因此說，地下管道是現(xiàn)代化城市生活的一個大動脈，也可以稱作生命線工程。許多的地震工程學家逐漸意識到生命線工程不但可以給城市帶來活力，還會因地震對地下管道造成嚴重破壞，給城市帶來巨大的災(zāi)難。所以，當前我們面臨的最大難題就是如何減輕地震災(zāi)害。
　　二、地面大位移時地下管線的屈曲
　　地面大位移通常是指滑坡等整體地面運動和斷層運動。在地面大位移時，對地下管道的破壞進行深入研究具有十分重要的意義。S•Kyriakides等人研究了地下管道在地震中受到的破壞，主要體現(xiàn)在地面大位移時地下管道的屈曲，它包括兩種屈曲。第一種是梁型屈曲，地下管子依照梁的模型進行工作，在外加軸向荷載作用下，管子本身從地面逐漸向外彎曲，Newmark和Hall則一致認為，在管子能夠承受較大壓縮應(yīng)變的斷層作用區(qū)時，管子的屈曲是理想的，可以防止嚴重破裂或斷裂；第二種是殼型的屈曲，這類屈曲是很不理想的，因為它不能有效地避免管子發(fā)生斷裂或破裂。
　　通過分析軸向應(yīng)變對彈性地基上徑向支承的彈性和彈塑性筒殼的影響時，Lee，Ariman和Chen總結(jié)出了一些有意義的結(jié)論，他們的結(jié)論進一層說明，對粘性土的加密等因素在管道內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變、斷層作用(引起土的大位移)及滑坡連同液化進行深入研究具有很大的意義。
　　1、斷層運動對地下管道的影響
　　地面在大位移時的形式之一就是發(fā)生斷層，因此，我們應(yīng)該特別關(guān)注斷層運動對土體或巖石中的地下管道所造成的影響。
　　在地震中，由于管道與活動斷層在相交時產(chǎn)生了地表的斷裂運動，從造成了管道的橫向變形和縱向應(yīng)變。當斷層順著管軸不斷的縱向運動，使得管子形成壓縮或拉伸，一旦拉伸的程度超過管子的受拉極限，破壞就會產(chǎn)生；由于薄殼失去穩(wěn)定性而產(chǎn)生殼型屈曲的破壞，而當管道因為在受壓作用下就會形成梁型屈曲的破壞。通過實際的觀測結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，在一次大的斷層運動后，對管道造成的梁型屈曲與殼型屈曲就會同時存在。這個時候，管道是依照筒殼進行工作，假如是按照梁模型工作，就不能對活動斷層附近的管段做出分析，也不能很好的介紹管內(nèi)的局部皺折。Ariman等人針對在地面大位移下對地下管道造成的斷裂和屈曲破壞進行了深入研究，研究表明它的機制很復雜，除此之外，還發(fā)現(xiàn)了管道屈曲在起初開始發(fā)生時不會造成斷裂發(fā)生，但是后來形成的壓縮會導致斷裂產(chǎn)生。所以，在該情況下就需要對屈曲后的斷裂進行詳細分析。
　　2、砂土液化對地下管道的影響
　　地面大位移時的另外一種形式就是砂土液化。日本新瀉1964年的地震、日本海中部1983年地震，都是因為地基液化而造成許多地下管道受到破壞。所以，對地下管道的抗液化進行有關(guān)研究十分重要。甘文水等人通過研究指出，在地震中當?shù)叵鹿艿乐苓叺耐馏w大面積發(fā)生液化時，液化土將會對地下管道生成上浮力，情況嚴重時就會造成破裂。有關(guān)研究進一步說明，液化土的上浮和振動作用，極大破壞了地下管道。此外還表明，管道在完全液化前出現(xiàn)突起現(xiàn)象；管道在完全液化終止之后出現(xiàn)沉降。
　　有關(guān)液化的地震研究與觀測表明：(1)管道在液化土中由于受上浮作用而產(chǎn)生了在某一液化區(qū)達到最大值的長度時，會逐漸隨著液化區(qū)的擴大而減��；(2)軸力決定著管道的上浮反應(yīng)，如果軸力越大那么上浮反應(yīng)也就越大；(3)管道埋置越深，造成的上浮反應(yīng)也就越大，所以，淺埋管道有利于抗液化。
　　三、地震對給水管道造成破壞的主要原因分析
　　1、從力學角度出發(fā)，岡本舜分析了地震對給水管道造成破壞的主要原因：
　　(1)地基的承載力由于受地震的振動而減小。
　　(2)局部場地出現(xiàn)的滑動現(xiàn)象，導致了管道與地基同時發(fā)生大移動，在與其相鄰接地方的相交部位，生成較大的剪力。
　　(3)因為地基的非彈性或彈性的變形造成管體發(fā)生變形。對于管軸方向的變形管道不能阻擋，就需要壓壞或拔出，管道不能抗御垂直管軸方向的變形時，則需要折壞。
　　(4)當?shù)鼗�或管體自身的剛性發(fā)生急劇變化時，就會有局部的軸向力或較大的彎曲作用于管道上。
　　(5)在管道的彎曲部分、死頭部分、變徑部分、三通部分等，存在動水壓力作用；在管道的屈曲部分，對管體產(chǎn)生較大的彎曲作用。
　　2、通過研究輸水管道的震害與埋設(shè)方向、埋設(shè)深度和地基之間的關(guān)系，大石博提出：
　　(1)軟硬混合的地基對地下管道有不利影響。
　　(2)通常認為管道如果埋置很深時，造成的震害小。但是，考慮到受震后，難于發(fā)現(xiàn)受災(zāi)處，進行修理及維護管理有一定難度等。
　　(3)管道的震害程度與地震動的主要振動方向有聯(lián)系。假若在管道相垂直方向受到振動時，管道就會撓曲，在管的接頭部分撓度變大，從而出現(xiàn)嚴重的變形現(xiàn)象，在這部分管道出現(xiàn)破裂；當管道方向受到一定的振動時，就會被拉斷、被拔除或者相互撞擊，因此管道的縱方向就會有裂縫出現(xiàn)。
　　(4)要求管道的接頭必須為防止抗震變形來設(shè)計。地下管道必須具有柔韌性和伸縮性，才能更好地適應(yīng)大地震時非彈性的地基變動發(fā)生。
　　四、地下管道的抗震措施與對策
　　1、美國圣費爾南多地震后的抗震對策
　　由于斷層運動、斷層區(qū)土擠壓和滑坡引起了地下管道受到破裂和嚴重變形。管道的破壞通常出現(xiàn)在其他結(jié)構(gòu)和儲罐與管子的連接部位。連接處的地下管道受土約束的與受較少約束的儲罐或結(jié)構(gòu)之間發(fā)生較大反應(yīng)；也有可能是因為液化土中硬土、軟土與巖石之間的斷裂面和管子的相對運動而引起。
　　一般來說，石油管道的抗震性能較好，管道應(yīng)該注重產(chǎn)生相對位移的部位(斷層、支撐結(jié)構(gòu)、液化和閥門、結(jié)構(gòu)、儲罐的連接頭等)的抗震設(shè)計。為了把液化引起的土體巨大震動或斷層運動所導致管道的破壞程度降到最低，抗震原則主要有以下幾點：在布置管道時要盡量防止壓縮變形；在土體突然錯動區(qū)域，應(yīng)對管道敷設(shè)厚壁管;；為避免突然應(yīng)變，宜采用延性的鋼材來提高延伸性。
　　2、日本大地震后輸水管道的震害經(jīng)驗概括如下：
　　(1)水壓的不穩(wěn)定會對管道造成嚴重破壞，通水后的管道隨著水壓的突然提高，管道的破壞地方也越來越多。
　　(2)企業(yè)和工業(yè)在設(shè)計管道時，一定要注意避免地震引發(fā)的火災(zāi)的發(fā)生。因為，一旦地震中發(fā)生火災(zāi)，那么所有的防御措施都起不到作用。
　　(3)在研究抗震設(shè)計時，引起對地基問題的注意。一般情況，如果場地條件差會加大管道的破壞程度，地基處理不得當更容易引發(fā)更大災(zāi)害。
　　(4)在地基不堅固的地方以及震源周圍，管道所受到的震害較嚴重。
　　(5)針對輸水管道，要求鋼管設(shè)置在堅固地基上才具有抗震的能力。盡管輸水管道宜采用深埋的方法，然而考慮到便于進行日常維修，所以埋置深度以1.8m為最佳。
　　五、小結(jié)
　　由于輸油管道與給水管道的輸送介質(zhì)不同，而且本身的材質(zhì)也不一樣，因此，在地震中的特點和受震害的程度上也存在一些差異。輸油管道在遭遇地震時，與斷裂處平行的管道受到的危害較大，輸油管道的管材宜使用具有良好延伸性的鋼管，而且管道適合淺埋，有利于抗震；對于給水管道，在地震時和主斷裂相交的管段受到的震害較大，輸水管道的管材一般采用聚乙烯、鑄鐵、鋼管等，為了有效地抗震和方便搶修與救災(zāi)，管道埋置的深度應(yīng)該適當。我們只有合理的布置地下管道，才能提高地下管道在地震中的抗震，避免造成嚴重的災(zāi)害。
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