土體非均勻沉降作用下埋地含缺陷管道破壞規(guī)律研究

土體非均勻沉降作用下埋地含缺陷管道破壞規(guī)律研究土體非均勻沉降作用下埋地含缺陷管道破壞規(guī)律研究

摘要：隨著城市化的發(fā)展，埋地管道建設(shè)逐漸增多，埋地管道作為城市公共設(shè)施之一，其安全運(yùn)行對(duì)城市及居民生活至關(guān)重要。然而，在復(fù)雜的地下工程施工環(huán)境下，管道容易受到外界不利因素的影響，如土體非均勻沉降等，從而出現(xiàn)管道缺陷及其破壞。本文結(jié)合實(shí)際工程案例，通過(guò)對(duì)埋地含缺陷管道的破壞機(jī)制、破壞形態(tài)以及破壞過(guò)程進(jìn)行分析和研究，初步揭示了土體非均勻沉降作用下埋地含缺陷管道破壞規(guī)律。研究表明，土體非均勻沉降會(huì)導(dǎo)致管道局部產(chǎn)生彎曲、壓扁、龜裂等缺陷，當(dāng)管道缺陷超過(guò)一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞，最終導(dǎo)致管道無(wú)法繼續(xù)使用。本文建議，在管道設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中應(yīng)重視土體非均勻沉降的影響，探索管道應(yīng)對(duì)土體非均勻沉降的解決方案，以避免管道的缺陷及其破壞，提高埋地管道的安全性能和可靠性。

關(guān)鍵詞：土體非均勻沉降；埋地管道；缺陷；破壞規(guī)律；安全性能

1.引言

埋地管道作為城市公共設(shè)施的重要組成部分，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和居民的安全生活。然而，在實(shí)際工程中，埋地管道往往處于復(fù)雜的地下環(huán)境之中，易受到多種因素的影響，如土體非均勻沉降，水土流失，地震等自然災(zāi)害以及人為因素等，這些因素可能對(duì)管道產(chǎn)生不同程度的影響，導(dǎo)致管道缺陷及其破壞，影響其正常使用。

土體非均勻沉降是影響埋地管道安全運(yùn)行的主要因素之一，它主要來(lái)源于區(qū)域土壤的力學(xué)性能差異，地下水位變化、降雨等因素的影響。在土體非均勻沉降作用下，埋地管道容易產(chǎn)生各種缺陷，如彎曲、壓扁、龜裂等，這些缺陷會(huì)加劇管道受力情況，導(dǎo)致管道最終破壞。因此，研究土體非均勻沉降作用下埋地含缺陷管道的破壞規(guī)律，對(duì)于提高其安全性能和可靠性具有重要意義。

2.土體非均勻沉降作用下埋地管道的破壞機(jī)制

土體非均勻沉降會(huì)導(dǎo)致埋地管道受到多重力學(xué)作用，其中最主要的是彎曲和壓縮作用。土體沉降引起管道變形，導(dǎo)致局部產(chǎn)生彎曲和壓扁，管道本身內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變和應(yīng)力，加劇了局部缺陷的形成。此外，土體沉降還會(huì)引起管道龜裂和外形變化。當(dāng)管道缺陷超過(guò)一定程度時(shí)，管道受到外界荷載的作用，可能出現(xiàn)材料破壞，導(dǎo)致管道失效。

在土體非均勻沉降作用下，均布載荷作用于管道上，最大彎矩沿管道軸心線發(fā)展，由于管道端部的支承反力不同，造成管道兩端的應(yīng)力狀態(tài)不一致，發(fā)生壓縮或拉伸變形。當(dāng)管道發(fā)生壓縮變形時(shí)，管道斷面變形能力降低，同時(shí)管道內(nèi)產(chǎn)生壓力，增大了管道產(chǎn)生缺陷的可能性。當(dāng)管道發(fā)生彎曲變形時(shí)，管道發(fā)生曲率導(dǎo)致表面張力增大，管道內(nèi)部產(chǎn)生剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，破壞趨勢(shì)增強(qiáng)。如圖1所示，在非均勻沉降的作用下，形成了管道的變形狀態(tài)。

圖1.土體非均勻沉降作用下埋地管道變形狀態(tài)

3.土體非均勻沉降作用下埋地含缺陷管道的破壞形態(tài)分析

通過(guò)對(duì)實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)管道破壞情況進(jìn)行觀察與分析，發(fā)現(xiàn)土體非均勻沉降會(huì)導(dǎo)致埋地含缺陷管道發(fā)生多種破壞形態(tài)，主要包括彎曲、壓扁、龜裂等。

3.1彎曲破壞

在土體非均勻沉降的作用下，埋地含缺陷管道容易發(fā)生彎曲破壞。首先，管道受到均布載荷的作用，產(chǎn)生彎矩和曲率，彎曲程度逐漸加劇。當(dāng)管道的剪切應(yīng)力超過(guò)其破壞強(qiáng)度時(shí)，管道出現(xiàn)龜裂或斷裂現(xiàn)象。如圖2所示，管道出現(xiàn)明顯的彎曲破壞。

圖2埋地管道彎曲破壞示意圖

3.2壓扁破壞

在土體非均勻沉降的作用下，埋地含缺陷管道容易發(fā)生壓扁破壞。這種情況一般出現(xiàn)在管道附近土體的沉降過(guò)度，使得管道受到大量的壓縮荷載，從而導(dǎo)致管道出現(xiàn)塑性變形，當(dāng)變形越來(lái)越大時(shí)，則會(huì)發(fā)生管道的壓扁破壞，如圖3所示，壓扁破壞會(huì)嚴(yán)重影響管道的安全運(yùn)行。

圖3埋地管道壓扁破壞示意圖

3.3龜裂破壞

在土體非均勻沉降的作用下，埋地管道容易發(fā)生龜裂破壞。一般來(lái)說(shuō)，管道龜裂主要是由于管道外力作用超過(guò)其極限強(qiáng)度而引起的，同時(shí)，土體非均勻沉降會(huì)導(dǎo)致管道受到非均衡等靜力過(guò)程的影響，從而加大了管道的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)管道承受過(guò)大的拉伸和剪切應(yīng)力時(shí)，則會(huì)發(fā)生龜裂和斷裂的現(xiàn)象，如圖4所示，龜裂破壞會(huì)降低管道的使用壽命，并影響其正常運(yùn)行。

圖4埋地管道龜裂破壞示意圖

4.土體非均勻沉降作用下埋地含缺陷管道的破壞過(guò)程分析

在土體非均勻沉降的作用下，埋地含缺陷管道的破壞過(guò)程一般包含三個(gè)階段，即加劇、擴(kuò)散和失效階段。其中加劇階段主要表現(xiàn)為管道受到的應(yīng)力逐漸增大，與彎曲、壓扁等缺陷的形成相互作用，加速缺陷的擴(kuò)展。擴(kuò)散階段主要表現(xiàn)為缺陷的形成逐漸擴(kuò)大和加深，管道內(nèi)的剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力持續(xù)增加，導(dǎo)致管道出現(xiàn)斑點(diǎn)龜裂和龜裂，管道整體強(qiáng)度下降，失效趨勢(shì)加劇。失效階段主要表現(xiàn)為管道承受過(guò)大的拉伸和壓縮應(yīng)力，導(dǎo)致其強(qiáng)度值逐漸下降，直至達(dá)到其極限強(qiáng)度，管道失效。

5.結(jié)論

通過(guò)在實(shí)際工程中針對(duì)土體非均勻沉降作用下埋地含缺陷管道的破壞規(guī)律進(jìn)行分析和研究，得到了以下結(jié)論：

（1）土體非均勻沉降會(huì)導(dǎo)致埋地含缺陷管道容易產(chǎn)生多種缺陷，如彎曲、壓扁和龜裂等。

（2）埋地含缺陷管道的破壞過(guò)程一般包含加劇、擴(kuò)散和失效三個(gè)階段，其中加劇階段主要表現(xiàn)為管道受到的應(yīng)力逐漸增大，擴(kuò)散階段主要表現(xiàn)為缺陷的形成逐漸擴(kuò)大和加深，失效階段主要表現(xiàn)為管道的強(qiáng)度降低。

（3）在管道設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中應(yīng)重視土體非均勻沉降的影響，探索管道應(yīng)對(duì)土體非均勻沉降的解決方案，以避免管道的缺陷及其破壞，提高埋地管道的安全性能和可靠性。

（4）在實(shí)際工程中，應(yīng)采取有效措施減輕土體非均勻沉降的影響，如控制地基承載力不得超過(guò)設(shè)計(jì)要求、采取加固措施等。

（5）對(duì)于已經(jīng)存在的埋地含缺陷管道，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和維修，避免管道缺陷擴(kuò)大而引發(fā)嚴(yán)重后果。

（6）未來(lái)研究還可以探索更加系統(tǒng)和精確的方法評(píng)估土體非均勻沉降對(duì)埋地管道的影響，以及開展更加深入的研究探索埋地管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工技術(shù)（7）加強(qiáng)地基改造和工程施工過(guò)程監(jiān)測(cè)是減輕土體非均勻沉降對(duì)管道的影響的關(guān)鍵。對(duì)于需要在不穩(wěn)定地基上建造的重要工程，應(yīng)制定合理的地基處理方案，并進(jìn)行系統(tǒng)的施工過(guò)程監(jiān)測(cè)以及建成后的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。

（8）加強(qiáng)土體非均勻沉降的預(yù)測(cè)和控制是提高管道運(yùn)行安全的重要措施。通過(guò)地質(zhì)勘探、土體物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試等手段，對(duì)地基的穩(wěn)定性做出科學(xué)合理的預(yù)測(cè)，并采取相應(yīng)的措施控制土體的沉降，從而減少對(duì)管道的影響。

（9）在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn)和教育，提高其對(duì)土體非均勻沉降對(duì)管道的影響的認(rèn)識(shí)和理解，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和維護(hù)的意識(shí)，從而保證管道的安全運(yùn)行。

（10）加強(qiáng)土體非均勻沉降與管道工程的協(xié)調(diào)與配合，充分考慮土體沉降的影響，進(jìn)行合理的埋設(shè)管道設(shè)計(jì)，并在施工過(guò)程中采取相應(yīng)措施，以確保管道的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

總之，土體非均勻沉降對(duì)埋地管道工程的影響不容忽視。對(duì)于管道工程建設(shè)和運(yùn)行中遇到的土體非均勻沉降問題，我們應(yīng)根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，采取恰當(dāng)措施，以保證管道工程的安全和可靠運(yùn)行。同時(shí)，加強(qiáng)研究，總結(jié)和推廣先進(jìn)的技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，也是解決土體非均勻沉降對(duì)管道的影響的有效途徑之一總括來(lái)說(shuō)，土體非均勻沉降對(duì)于管道工程的影響是多方面的，包括管道破裂、沉降和變形等。針對(duì)這些問題，我們可以采取多種措施，包括選擇合適的管道材料、進(jìn)行地基處理、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和維護(hù)等。此外，加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn)和教育，以及加強(qiáng)與土體非均勻沉降的協(xié)調(diào)與配合也十分重要。

未來(lái)，隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)驗(yàn)的積累，我們相信對(duì)于土體非均勻沉降對(duì)管道的影響的認(rèn)識(shí)和解決措施會(huì)不斷得到進(jìn)一步提升，能夠更好地保障管道工程的安全和穩(wěn)定