埋地管道是长输管道的重要组成部分,已成为我国经济发展的重要支撑。埋地管道需要通过焊接技术分段连接,由于施工现场环境湿度、焊前预热和焊后保温难以控制,管道的环焊缝容易产生各类缺陷。一旦发生土体沉降,埋地管道极易在焊缝缺陷处发生断裂破坏。近些年,强度高、重量轻的复合材料已广泛应用于缺陷管道的补强。复合材料补强作用主要依靠复合材料-管线钢界面进行载荷传递,一旦界面发生大面积失效,将会严重影响复合材料的补强效果。因此,研究不同载荷作用下复合材料补强管道的界面失效演化过程,提供复合材料补强管道的承载量预警值,以及埋地管道的沉降量预警值具有重要意义。通过复合材料-管线钢界面试件试验,结合有限元模拟,对界面力学性能和失效过程进行了细致的研究,并且对复合材料补强管道的补强效果进行了深入的探讨,具体研究内容如下:开展了双材料复合材料-管线钢界面试件试验及其相应的有限元模拟,试验研究内容包括:?型界面断裂DCB试件拉伸试验和П型界面断裂双搭接胶接接头试件拉伸试验。通过DCB试件试验得到了试验力与位移关系曲线,获得?型加载条件下界面临界能量释放率,描绘出界面扩展过程中的临界能量释放率与裂纹长度关系曲线;通过双搭接胶接接头拉伸试验,测得沿拉伸方向复合材料应变的变化规律,计算并描绘出界面的bond-slip关系曲线。通过计算bond-slip曲线围成的面积,得到П型加载条件下界面临界能量释放率,并利用临界能量释放率反算出有效搭接长度和最大拉伸承载力。有限元模拟的研究内容包括:基于具有内聚力模型性质的接触单元模拟复合材料-管线钢界面的相互作用,建立DCB试验和双搭接胶接接头试验有限元模型,将模拟结果与试验数据进行对比分析,验证了模拟方法的正确性。同时,阐述了将该模拟方法应用到复合材料补强管道模型中的合理性。此外,改变钢基底表面的锚纹深度,分析了锚纹深度对界面剪切强度和界面破坏形式的影响。开展未补强/复合材料补强含环焊缝裂纹全尺寸管样破坏试验,监测焊缝裂纹处轴向应变和CMOD演变规律,得到弯矩、内压与轴向应变、CMOD关系曲线。建立CMOD与轴向应变关系曲线,评价了含环焊缝裂纹管道的复合材料补强效果。应用具有双线性内聚力模型的接触单元,建立复合材料补强管道的有限元模型,将有限元模拟结果与复合材料补强管道的试验数据进行对比,验证有限元模拟方法的正确性和准确性。在复合材料补强管道的有限元模型上施加弯矩和轴力,得到弯矩、轴力与界面脱粘长度、CMOD的关系曲线,分析环焊缝裂纹处界面在弯矩和轴力作用下的损伤演变规律,确定CMOD预警值,以此绘制弯矩和轴力组合作用下,复合材料补强管道的载荷预警曲线。基于管土相互作用模型,建立地基不均匀沉降时管道的有限元模型,分析土体垂向沉降和轴向滑移下埋地管道的力学响应,绘制不同埋深下埋地管道的沉降量预警曲线。