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管线是重要的生命线工程。管线破坏将导致严重的直接损失和次生灾害，断层引起的上覆土体错动是引起埋地管线破坏的重要因素之一。断层作用对管线的影响主要是由于埋地管线周围土体的相对位移引起，埋地管线分析系统中管线、土体为两类材料属性完全不同的介质，具有分析介质不连续的特性，管线-土体间的相互约束效应影响是管线受力特性分析中不可忽视的重要因素之一，在研究埋地管线在断层运动作用下的响应行为和破坏机理时必须考虑周围土体与埋地管线之间的相互约束效应。 本文利用原位试验和数值模拟两种研究方法，对逆断层作用下的城市供水用高密度聚乙烯(HDPE)埋地管线的受力特性进行了较为全面、系统的研究。跨逆断层埋地管线原位足尺试验部分主要结合国内外跨断层埋地管线试验的特点，以跨逆断层、服役状态下、带接头的、城市供水用HDPE埋地管线为试验对象，采用原位足尺试验方法，进行了跨断层埋地管线的试验研究。跨断层埋地管线数值模拟分析部分是在验证有限元分析模型正确性的基础上，对试验工况进行了有限元数值完善，并在有限元(FEM)分析方法的基础上进行非连续接触变形分析，用以解决埋地管线系统分析中的管-土介质间的不连续接触，以及土体不连续变形特性问题，通过数值模拟结果与原位试验结果的比较验证了该数值分析方法的正确性。 依据上述两部分内容，论文的主要工作及研究成果如下: 1.基于ABAQUS有限元分析软件，建立跨断层埋地管线-土体三维有限元分析模型，分析逆断层作用下HDPE管的受力特性。结果表明:逆断层作用下管线上侧与下侧的反应近似成反对称分布，且管线反应主要集中于断层引起的土体破裂带区域;断层最大位错量为0.5m时，跨断层埋地管线原位足尺试验的试验区域长度至断层的距离应不小于管线直径的30倍，为试验场地的选取提供了依据。 2.依据试验要求，自行设计、制作了用于原位足尺试验的逆断层加载装置和现场加载反力装置，并自行设计使用了跨断层埋地管线试验的逆断层加载和管线反应量测装置，分别完成了不同管径、不同管线-断层交角作用下HDPE管的跨逆断层试验，试验共计4组。试验的实现表明本试验设计的正确性，以及试验中自行设计的试验加载装置、量测方法的可行性，为跨断层埋地管线的试验研究进行了完善，为其数值研究提供了实际试验支持。 3.对原位足尺试验过程及试验结果进行分析和比较，总结了管径、管线-断层交角对埋地管线受力特性的影响，对试验进行有限元数值模拟和对比分析。结果表明:断层作用下上覆土体将产生开裂，且土体裂缝主要集中在断层及其附近区域;管径、管线-断层交角、断层位错量、管线接头等参数对跨断层埋地管线的受力特性具有不可忽视的影响效应;埋地管线系统中土体的离散性、管-土接触的非连续性、土体介质的非均匀性、试验边界条件等因素都将使试验结果和FEM数值分析结果间存在差异。 4.依据经过试验验证的有限元数值分析模型，对埋地管线断层响应进行分析，重点考虑了断层类别、断层位错分布形式、管线工作内压、管-土约束、土体以及管线材料等因素对跨断层埋地管线受力特性和破坏机理的影响。数值分析结果阐释了跨断层埋地管线分析系统中各不同参数对管线受力特性和破坏机理的独立影响效应。 5.针对跨断层埋地管线系统中的管-土介质不连续问题，基于有限元理论进行介质非连续问题的不连续接触变形数值分析，并将该数值分析方法用于解决跨断层埋地管线系统分析，通过算例验证了该方法分析埋地管线的可实施性，并对试验进行数值模拟，验证了该分析方法的正确性，为分析介质不连续问题提供了新的研究思路。