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随着我国经济的快速发展，油气能源凸显重要。由于能源的区域性分布不均衡，油气资源的安全、快速的运输日益重要。管道输送作为一种高效、低耗的运输方式，其应用日益广泛。我国是一个多山的国家，地质灾害众多，而我国油气资源多处于中西部地区，因此，油气管道在铺设过程中不可避免的常需穿越滑坡、崩塌等地质灾害易发区，如何对管道穿越危岩崩塌区进行安全性评价，对管道的安全运营显得十分重要。危岩失稳后是否会对输气管道造成损害，造成损害的部位，损害程度等等，这些问题都是对危岩采取治理措施前，应首先明确的问题。对于危岩崩塌作用下浅埋管道响应研究等类似问题，前人们通常采用经验类比等定性分析的方法进行评估，这种方法主观性因素较大，而危岩规模，悬空高度、坡面状况等在实际情况上存在较大的差异，管道的埋深、土体性质也不尽相似，危岩定性评估难以得到准确的结论，这使治理决策缺少依据，一定程度上造成治理的盲目性。
本论文主要完成的工作包括：首先分析危岩崩塌的运动学特征、管-土互作用机理及其相应的数学模型，建立简化数学模型，理论分析冲击荷载作用下冲击力的计算及冲击作用下管道的力学响应；然后利用数值模拟技术，采用LS-DYNA动力学有限元分析软件建立地质模型，对崩塌落石作用下管道的受力进行仿真模拟；最后，对模拟计算结果进行分析对比，总结不同危岩规模、不同危岩的触地速度、不同崩塌距管道的位置、崩塌角度、土体刚度的不同及管道埋深不同条件下管道的应力应变情况，分析其中的规律性变化，研究主要获得如下几点认识：
1)危岩崩塌冲击作用下冲击力的估算可采用基于Hertz碰撞理论计算方法及基于能量守恒的方法计算，通过两种方法的对比计算，基于能量守恒的计算值相对偏高，但基于Hertz碰撞理论计算方法比基于能量守恒的计算方法更接近于数值模拟的计算结果。
2)危岩冲击土体应力传递至管道为一瞬间的过程，研究结果表明，在管道埋深为1.0m的一般碎石土条件下，冲击时间一般为7～15ms，危岩冲击动力传递至管道的响应时间与管道埋深、土体刚度有关。管道埋深越大，响应时间越长；土体刚度越小，响应时间越长；危岩规模对冲击时间的影响可以忽略。
3)管道应力随崩塌规模的增大而呈正比例增大，管道在落石冲击作用下最大应力出现在管顶1处，其次为管中，管底应力最小。同等规模落石条件下管顶、管中、及管底出现的最大有效应力相差不大，只是出现最大应力的时间管中与管底相对于管顶要滞后些。最大有效应力出现在最初的传递过程中，其后应力出现反弹，大小呈下降趋势。
4)随着落石触地速度的增大，管道的最大有效应力呈正比例增大，但速度大小对管道达到最大应力的时间影响甚微。
5)随着落石规模的增大，触地速度对管道应力的敏感性增强，规模越大，管道应力增加越快，落石规模越小，触地速度对管道最大应力的影响越小；当管道埋深为1m时，对力变斜率与落石规模之间的关系进行曲线拟合，可以得出，应力斜率与落石规模呈对数变化关系，随着落石规模的增大，斜率也相应增加，之间曲线表达式近似为y=0.011n(x)+0.025，可以得到，当落石规模小于0.1m3，应变斜率为0，其对管道的影响是安全的。
6)管道最大应力随着触地位置的变化而变化，距管道轴线越远，崩塌对管道的影响越小，这与应力作用下土体内力分布规律基本一致；落地点与管道最大应力之间呈指数变化关系，随着落地点与管道轴线之间的距离增大，崩塌对管道的影响越来越小。
7)崩塌角度对管道应力影响主要表现在：角度在[15°,90°]变化范围内，随着角度减少，管道最大MISIS随着减少，在[60°，90°]，管道应力减少速率较大，随着角度的再减少，管道最大应力减少速率变缓。角度为60°时最大应力为垂直下落最大应力的27.36％，而当角度为30°时，最大应力为垂直下落时的6.2％，这说明落石接触角度对管道应力的影响是比较敏感的，最危险情况为崩塌落石垂直下落。
8)土体模量对管道应力影响主要表现为：不同模量对管体最大MISIS应力的影响不大，土体模量，管体的最大MISIS应力均在同一数量级范围内。总体规律是：土体模量值影响力的传递时间，对不同土体模量作用下土体应力进行分析可以看出，模量越大，土体中最大应力也相应增大。
9)随着管道埋深的增大，管道最大MISIS应力呈下降趋势，从下降趋势看，在0.5-2.0m埋深之间，应力下降快，随着深度的增大，下降趋势逐渐变缓。
10)管道埋深浅时，管道的承灾能力差，危岩触地速度为10m/s的条件下，当管道埋深为0.5m时，3.75m3大的危岩体就能使管道发生塑性变形，而当埋深增大至1.0m时，达到塑性应变的危岩方量为8m3。
11)对不同规模条件下管道埋深最大MISIS应力随管道埋深变化进行P=aDb函数拟合，从拟合曲线表达式可以看出，不同规模条件下，去除误差因素，b值可近似为-1，最大MISIS应力与管道埋深关系式可简化为P=aD-1，管道应力与管道埋深呈反比例关系，而a值为与落石规模有关的一个参数，规模越大，a值越大。