張 鵬，唐雪梅，李 虎，劉思銘

（1.西南石油大學(xué)土木工程與測(cè)繪學(xué)院, 四川 成都 610500；2.四川省地質(zhì)工程勘察院集團(tuán)有限公司, 四川 成都 610500；3.西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院, 四川 成都 610500）

0 引言

油氣管道是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源大動(dòng)脈，在國(guó)家能源安全戰(zhàn)略中居重要地位。截止2020年，我國(guó)油氣管道總長(zhǎng)度為14.4×104km，根據(jù)《中長(zhǎng)期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》，至2025年，國(guó)內(nèi)油氣管網(wǎng)規(guī)模將達(dá)到24×104km[1]?；率且l(fā)管道失效的高頻率地質(zhì)災(zāi)害，是山區(qū)、野外管道防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)研究工作之一，如2017年7月2日，貴州省黔西南州晴隆縣沙子鎮(zhèn)段的中緬天然氣管道在滑坡作用下發(fā)生斷裂燃爆事故，造成8人死亡，35人受傷[2]，其中順向?qū)踊碌姆€(wěn)定性最差、最易變形[3]。腐蝕是影響管道安全運(yùn)行的危害因素之一，其尺寸和空間位置具有高度不確定性。當(dāng)滑坡施加在管道上的拉應(yīng)力、管-土交互作用以及內(nèi)壓荷載三者耦合作用發(fā)生在腐蝕處將嚴(yán)重影響油氣管道的安全運(yùn)營(yíng)。

針對(duì)以上問(wèn)題，學(xué)者做了大量研究，1998年，鄧道明等[4]將滑坡作用下管道簡(jiǎn)化為梁，最先推導(dǎo)出拉壓當(dāng)量軸力下管道內(nèi)力、變形的計(jì)算公式。2012年，郝建斌等[5]首次將管道后土體簡(jiǎn)化為剛性楔體，對(duì)橫穿滑坡下管道的推力進(jìn)行了計(jì)算，表明滑坡土體、管徑、埋深是影響滑坡推力的主要因素。Zahid等[6]考慮管-土耦合作用，建立埋地天然氣管道在縱向滑坡作用下的有限元模型，分析了管道的極限軸向應(yīng)變。2015年，張鑠等[7]建立深層圓弧形滑坡作用下埋地長(zhǎng)輸油氣管道的力學(xué)體系，并建立數(shù)值模擬模型進(jìn)行管道應(yīng)力的參數(shù)敏感性分析。2016年，Kuppusamy等[8]用數(shù)值模擬法對(duì)含交互腐蝕管道的屈曲強(qiáng)度進(jìn)行了研究。2018年，徐鵬飛[9]運(yùn)用ABAQUS建立含腐蝕管道在滑坡作用下有限元模型，對(duì)管道的剩余強(qiáng)度進(jìn)行討論。2020年，李非飛等[10]研究了X80單腐蝕管道的失效機(jī)理，并建立有限元模型，對(duì)管道腐蝕參數(shù)進(jìn)行了分析，擬合了失效壓力預(yù)測(cè)公式。然而，鮮有研究將滑坡寬度用作外部評(píng)判指標(biāo)，以進(jìn)行滑坡威脅下油氣管道安全預(yù)警預(yù)報(bào)分析。

為此，創(chuàng)新性地提出將極限寬度作為一個(gè)判定指標(biāo)，用于確定腐蝕管道的安全狀態(tài)。針對(duì)不同腐蝕尺寸和空間位置，建立了有限元模型用于參數(shù)分析，研究了滑坡推力、管-土相互作用、內(nèi)壓下腐蝕管道的力學(xué)響應(yīng)，探究了腐蝕管道的極限寬度隨參數(shù)變化的敏感性，提出了可用于工程實(shí)際的臨界滑坡寬度以及腐蝕的邊緣影響位置。以期為腐蝕管道在滑坡災(zāi)害下的安全預(yù)警提供依據(jù)。

1 滑坡推力計(jì)算和極限寬度定義

1.1 管道及土體本構(gòu)模型

土體本構(gòu)模型采用運(yùn)用最為廣泛的莫爾-庫(kù)侖模型，能較好反映土體本構(gòu)關(guān)系[11]，且需要的土體參數(shù)容易測(cè)量。管道本構(gòu)模型采用雙折線模型[12]，為給管道提供安全預(yù)警和搶修時(shí)間，運(yùn)用第四強(qiáng)度理論（Von Mises）作為管道失效判斷準(zhǔn)則，如式（1），以管道應(yīng)力達(dá)到許用應(yīng)力時(shí)認(rèn)為管道失效，如式（2），按《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50251-2015）》[13]可得管道僅在內(nèi)壓下需達(dá)到的最小壁厚即計(jì)算壁厚，如式（3）所示。

式中：σ1、σ2、σ3——管道三個(gè)方向主應(yīng)力/MPa；

σs——管道屈服應(yīng)力/MPa；

[σ]——許用應(yīng)力/MPa；

K—設(shè)計(jì)系數(shù)，埋地直管段的軸向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力組合的當(dāng)量應(yīng)力時(shí)取0.9[14]；

φ——焊縫設(shè)計(jì)系數(shù)；

δ0——計(jì)算壁厚/mm；

P——內(nèi)壓/MPa；

D——管道外徑/m。

1.2 管道橫穿滑坡推力

在以往研究中滑坡推力普遍采用均勻分布[14?16]，忽略了滑坡區(qū)域的邊緣滑坡力小于中間滑坡力的客觀事實(shí)。當(dāng)管道穿越土體分布較均勻的土質(zhì)順層滑坡或滑坡后緣呈馬蹄形時(shí)，可假設(shè)管道受滑坡推力呈二次拋物線形狀，管道橫穿滑坡時(shí)，在滑坡區(qū)中部管道所受推力最大，則滑坡推力公式為：

式中：x——滑坡段管道位置/m；

q(x)——滑坡推力/（N·m?2）；

qmax——最大滑坡推力/（N·m?2）；

L——滑坡區(qū)寬度/m。

根據(jù)橫穿滑坡時(shí)管道的受力特點(diǎn)，可將管道看作受滑坡楔形體的推力作用[5]，如圖1所示，則最大滑坡推力公式計(jì)算如式（5）：

圖1 滑坡楔形體受力分析圖Fig.1 Force analysis of landslide wedge

式中：fEC——EC面滑坡推力/kN；

NEC——楔形體所受支持力/kN；

GCDE+p——滑塊本身所受重力/kN；

α——滑坡水平角度/（°），工程上近似采用α=45°?φ/2；

D——管道直徑/m；

φ——土體內(nèi)摩擦角/（°）；

H——管道底面深度/m；

β——埋地管道與土平面夾角，近似等于該處滑坡傾角/（°）；

c——土體黏聚力/kPa；

t——管道壁厚/m；

γp——管道材料容重/（kN·m?3）；

γi——管輸介質(zhì)容重/（kN·m?3）。

1.3 管-土相互作用

滑坡發(fā)生時(shí)，滑坡體沿滑坡面向下滑動(dòng)，推動(dòng)管道產(chǎn)生應(yīng)力和變形，但管道和土體的剛度差距較大導(dǎo)致兩者變形量不一致，故管道與土體間是非線性接觸且不協(xié)同變形，符合非線性接觸模型。為真實(shí)反應(yīng)管-土間的相互作用，在ABAQUS有限元中運(yùn)用管-土非線性接觸模型進(jìn)行管-土間相互作用模擬。

1.4 管道的極限寬度定義

為給工程中橫穿滑坡的管道安全狀態(tài)提供一個(gè)外部預(yù)警指標(biāo)，將管道應(yīng)力達(dá)到許用應(yīng)力時(shí)管道所能承受的滑坡作用寬度定義為滑坡作用下管道的極限承載寬度L（文中簡(jiǎn)稱極限寬度）（圖2）。

圖2 管道極限寬度示意圖Fig.2 Schematic diagram of pipe limit width

2 有限元模型建立

中貴線某滑坡平面形態(tài)呈馬蹄形，滑坡后緣以斜坡陡坎為界，坡度約15°～30°，滑坡體寬度20～28 m，平均長(zhǎng)度60 m，平均滑體厚3.0 m，是沿軟弱帶滑動(dòng)的淺層土質(zhì)滑坡，滑坡土體與非滑坡土體性質(zhì)見表1[12]。X80管道橫穿滑坡中部，管道埋深1 m，處于滑坡內(nèi)部，管道內(nèi)壓為10 MPa，管道具體性質(zhì)見表2[12]。

表1 土體參數(shù)Table 1 Soil parameters

表2 X80管材參數(shù)Table 2 X80 pipe parameters

2.1 模型建立

取滑坡坡度為30°，管材為X80管道，按式（2）計(jì)算出許用應(yīng)力為499.5 MPa。建立滑坡作用下腐蝕管道的半模型，土體截面采用8 m×7 m，非滑坡區(qū)土體寬度不少于12倍管徑[17?18]，取12.20 m，建立三個(gè)分析步，模型選取面面接觸，管道外表面為主接觸面，切線選用罰函數(shù)，摩擦系數(shù)為0.5，法向選用硬接觸，運(yùn)用式（5）計(jì)算出最大滑坡推力為93 709 N/m2，建立呈二次拋物線分布的力荷載q(x)，作用于管道滑坡區(qū)域迎滑坡面上，方向如圖2所示。

2.2 模型網(wǎng)格敏感性分析

在劃分模型網(wǎng)格時(shí)，為精確分析腐蝕處力學(xué)行為的變化且節(jié)約計(jì)算成本，需對(duì)管道厚度方向和腐蝕處進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化[19]。以腐蝕長(zhǎng)20 cm，寬3 cm，深0.2t即3.5 mm，滑坡作用寬度15 m，內(nèi)壓10 MPa為例（工況1），建立敏感性分析模型。

將腐蝕處網(wǎng)格尺寸按0.5 cm進(jìn)行劃分，其余部分按0.25 m進(jìn)行劃分，管道厚度方向網(wǎng)格依次劃分為2～6層，且為驗(yàn)證非滑坡區(qū)土體寬度取12D時(shí)滿足模型精度要求，以網(wǎng)格層數(shù)4層為例，建立非滑坡區(qū)長(zhǎng)15D、18D的模型，提取各模型管道腐蝕中點(diǎn)處軸向路徑應(yīng)力，結(jié)果如圖3所示。

圖3 管道厚度層數(shù)應(yīng)力圖Fig.3 Stress of pipeline thickness and layers

由圖3可知，當(dāng)管道厚度方向網(wǎng)格層數(shù)為2、3層時(shí)，網(wǎng)格精度不高，管道應(yīng)力在腐蝕邊緣處發(fā)生突變，管道最大應(yīng)力偏小，曲線與4層時(shí)不重合；網(wǎng)格層數(shù)5層、6層時(shí)管道軸向應(yīng)力與網(wǎng)格4層時(shí)完全重合，故為保證計(jì)算精度與節(jié)約計(jì)算成本可將管道模型厚度方向劃分為4層；非滑坡區(qū)土體長(zhǎng)12D時(shí)與土體長(zhǎng)15D、18D時(shí)的管道最大應(yīng)力相同，且軸向分布曲線重合，故非滑坡區(qū)土體寬度12D時(shí)滿足模型計(jì)算精度要求。

為驗(yàn)證所選網(wǎng)格尺寸滿足計(jì)算精度，建立網(wǎng)格層數(shù)4層，非滑坡區(qū)土體寬度12D，腐蝕處網(wǎng)格尺寸0.1 cm，其余部分網(wǎng)格尺寸0.1 m的網(wǎng)格細(xì)化模型，提取管道腐蝕中點(diǎn)處軸向路徑應(yīng)力，并與原模型進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，網(wǎng)格細(xì)化后的管道軸向路徑應(yīng)力分布與原模型軸向路徑應(yīng)力分布高度重合，管道最大應(yīng)力偏差只有0.1 MPa，故可認(rèn)為原模型的網(wǎng)格尺寸滿足計(jì)算精度要求，后續(xù)模型網(wǎng)格尺寸按照腐蝕處0.5 cm，其余部分0.25 m進(jìn)行劃分，最終網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖5所示。

圖4 管道腐蝕網(wǎng)格寬度應(yīng)力圖Fig.4 Pipeline corrosion grid width stress diagram

圖5 模型網(wǎng)格劃分Fig.5 Model meshing

3 腐蝕管道極限寬度分析

3.1 腐蝕尺寸影響

3.1.1 確定腐蝕尺寸

由于滑坡區(qū)中部管道所受推力最大，故將腐蝕建于管道滑坡區(qū)中部，以此研究腐蝕尺寸對(duì)管道極限寬度的影響。相關(guān)文獻(xiàn)[11?12]研究表明，腐蝕寬度對(duì)管道承載能力影響較小，故暫不考慮腐蝕寬度對(duì)管道極限寬度的影響。按照《鋼制管道管體腐蝕損傷評(píng)價(jià)方法（SY/T6151-2009）》[20]，管道腐蝕坑深度為壁厚的10%至80%時(shí)為2類腐蝕，可限期修復(fù)。按式（4）計(jì)算出管道的計(jì)算厚度為10.16mm，接近腐蝕深度達(dá)壁厚40%時(shí)的剩余壁厚10.5mm，管道腐蝕程度詳細(xì)評(píng)價(jià)可見表3，結(jié)合研究[21]知，壁厚10%～30%的腐蝕最具有工程研究?jī)r(jià)值。

表3 管道腐蝕程度評(píng)價(jià)指標(biāo)[22]Table 3 Evaluation index of pipeline corrosion degree

以坡面角度為30°，管道內(nèi)壓10 MPa為例，建立管道內(nèi)腐蝕寬度為3 cm[12]，深度按壁厚的10%至30%間距5%確定，寬度取10 cm到30 cm間距5 cm的一系列模型進(jìn)行腐蝕尺寸對(duì)管道的影響分析。

3.1.2 不同腐蝕尺寸的影響

為分析腐蝕尺寸和滑坡作用寬度對(duì)管道應(yīng)力的影響，選取腐蝕深度0.2t即3.5 mm，建立不同滑坡作用寬度的管-土模型，對(duì)不同滑坡寬度下管道的應(yīng)力進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6所示。

圖6 腐蝕深度0.2t時(shí)管道應(yīng)力曲線Fig.6 Stress curve of pipeline with 0.2t corrosion depth

由圖6可知，在達(dá)到屈服應(yīng)力之前，隨著滑坡寬度的增加，管道的應(yīng)力不斷增長(zhǎng)；隨腐蝕長(zhǎng)度的增加，管道的應(yīng)力也不斷增加，且增幅減小，這是由于腐蝕長(zhǎng)度增加時(shí)整個(gè)腐蝕面積增大，管道在腐蝕處的應(yīng)力集中程度相對(duì)減弱；在接近屈服強(qiáng)度后，隨滑坡寬度的增加，管道的應(yīng)力緩慢增長(zhǎng)；選用達(dá)到許用應(yīng)力時(shí)的滑坡寬度為管道的極限寬度，為管道應(yīng)力達(dá)到屈服應(yīng)力時(shí)留有3m左右的安全裕度，可用于工程中在管道應(yīng)力達(dá)到屈服前對(duì)滑坡進(jìn)行處理或?qū)艿栏g進(jìn)行修復(fù)，并可對(duì)滑坡作用下的管道安全做出評(píng)判與預(yù)警。

為分析不同腐蝕尺寸對(duì)管道極限寬度的影響，以工況1為例，計(jì)算出腐蝕管道的極限寬度如圖7所示。

由圖7知，運(yùn)用ABAQUS計(jì)算出無(wú)腐蝕管道的極限寬度為21.2 m，故無(wú)腐蝕管道的臨界滑坡承載寬度為21.2 m；腐蝕深度為0.1t，長(zhǎng)度為10 cm、30 cm時(shí)管道極限寬度分別為19.1 m、18.7 m，0.3t時(shí)分別為14.2 m、4.5 m，較0.1t時(shí)分別減小了0.35倍、3.16倍。可知隨著腐蝕尺寸的增加，管道極限寬度不斷減少，且管道的極限寬度對(duì)腐蝕深度表現(xiàn)出高敏感性。這是由于腐蝕深度的增加，導(dǎo)致管道壁厚的減薄，剩余壁厚逼近管道的計(jì)算壁厚，管道在內(nèi)壓與滑坡推力下容易直接爆管，故工程中應(yīng)著重關(guān)注管道的腐蝕深度。

由圖7還知，腐蝕深度為0.25t、寬度30 cm時(shí)，管道的極限寬度為10.4 m，腐蝕寬度越大，管道的極限寬度越小。工程中絕大部分滑坡的寬度均超過(guò)10 m，寬度小于10 m的滑坡在管道路線選取時(shí)可進(jìn)行設(shè)置擋土墻或水泥護(hù)壁等處理，可忽略其影響，故建議在工程中應(yīng)控制管道腐蝕深度不超過(guò)0.25t。

圖7 管道極限寬度變化曲線Fig.7 Variation curve of pipeline limit width

3.2 腐蝕空間位置的影響

3.2.1 腐蝕徑-環(huán)向位置影響分析

為研究腐蝕在不同徑向位置、環(huán)向位置對(duì)管道力學(xué)行為及管道極限寬度的影響，以工況1為例，建立內(nèi)、外腐蝕以迎滑坡面中點(diǎn)截面為0°，45°為間距逆時(shí)針變動(dòng)的一系列模型，如圖8所示，計(jì)算得到內(nèi)、外腐蝕在不同環(huán)向位置管道力學(xué)行為，如圖9所示。

圖8 腐蝕環(huán)向位置示意圖Fig.8 Schematic diagram of circumferential position

由圖9知，隨著腐蝕環(huán)向位置的變化，腐蝕位于迎滑坡面中點(diǎn)即0°時(shí)管道應(yīng)力最大；內(nèi)腐蝕管道應(yīng)力始終大于外腐蝕管道應(yīng)力，且曲線變化趨勢(shì)一致，沿滑坡推力面中軸線呈對(duì)稱分布；管道應(yīng)力在0°～90°減小，90°～180°增大，這是由管道截面不同環(huán)向位置所受滑坡推力大小變化而致。即當(dāng)腐蝕位于管道環(huán)向迎滑面中點(diǎn)處時(shí)，管道迎滑面受到滑坡推力作用使得管道發(fā)生擠壓變形，應(yīng)力變化最大，而背滑面則主要是由管道發(fā)生彎曲造成的管道背滑面處應(yīng)力變化，未直接受到土體擠壓作用，其應(yīng)力變化相對(duì)于迎滑面較小，而管道上下兩邊則主要受到管道彎曲變形幅度最小，故而應(yīng)力變化最小。且管道最大應(yīng)力位置及管道最危險(xiǎn)位置始終位于腐蝕處。

圖9 管道內(nèi)外腐蝕應(yīng)力對(duì)比圖Fig.9 Comparison of corrosion stress of internal and external pipeline

為分析腐蝕不同位置下管道與無(wú)腐蝕管道的環(huán)向詳細(xì)的應(yīng)力分布，提取無(wú)腐蝕和內(nèi)腐蝕環(huán)向位置為0°～180°，滑坡寬度15 m時(shí)管道滑坡區(qū)中部?jī)?nèi)壁面的應(yīng)力值，如圖10所示，以及以腐蝕寬度20 cm，深度0.2t為例分析不同內(nèi)、外腐蝕環(huán)向位置下管道的極限寬度變化規(guī)律（圖11）。

圖10 管道環(huán)向應(yīng)力路徑圖Fig.10 Pipeline circumferential stress path diagram

由圖10可知，腐蝕管道沿環(huán)向上的等效應(yīng)力在腐蝕處發(fā)生了突變，且應(yīng)力遠(yuǎn)超相同滑坡寬度下無(wú)腐蝕管道的最大應(yīng)力，故最大應(yīng)力位置始終在腐蝕處，腐蝕兩側(cè)管道應(yīng)力比無(wú)腐蝕管道應(yīng)力小，其余位置處的應(yīng)力及其變化趨勢(shì)皆與無(wú)腐蝕管道相同，這由工況1的腐蝕深度較大導(dǎo)致。

由圖11知，隨著腐蝕在管道環(huán)向位置的變化，腐蝕位于迎滑坡面中點(diǎn)即0°時(shí)管道極限寬度最小，外腐蝕管道的極限寬度始終大于內(nèi)腐蝕，即管道內(nèi)腐蝕更加敏感。隨著腐蝕位置沿管道環(huán)向變化，管道的極限寬度變化曲線成M型，沿滑坡推力面中軸線呈對(duì)稱分布，即當(dāng)腐蝕位于管道環(huán)向迎滑面中點(diǎn)處管道的極限寬度最小。隨著腐蝕位置由管道環(huán)向迎滑面中點(diǎn)向兩側(cè)交界處移動(dòng)，管道的極限寬度增大，由兩側(cè)交界處向背滑面中點(diǎn)移動(dòng)，管道的極限寬度減小，最大與最小極限寬度值相差5.4 m。

圖11 管道內(nèi)外腐蝕極限寬度對(duì)比圖Fig.11 Comparison diagram of limit width of internal and external corrosion pipeline

3.2.2 腐蝕軸向位置影響分析

為研究腐蝕在管道不同軸向位置下的力學(xué)行為及管道極限寬度的變化規(guī)律，以工況1為例，建立腐蝕由管道滑坡區(qū)中部向滑坡邊緣移動(dòng)，管道滑坡中部是0 m，間距為0.5 m的一系列模型，得到管道最大應(yīng)力和極限寬度的變化規(guī)律，結(jié)果如圖12所示。

圖12 不同軸向位置腐蝕管道的最大應(yīng)力和極限寬度曲線Fig.12 Maximum stress and limit width curves of corroded pipes at different axial positions

由圖12可知，腐蝕位置在管道滑坡區(qū)中部時(shí)，管道最大應(yīng)力為488.1 MPa，比腐蝕在滑坡邊緣時(shí)管道最大應(yīng)力大97.2 MPa?？芍S腐蝕軸向位置由滑坡中部向邊緣移動(dòng)，管道應(yīng)力不斷減小，減小速度先增大后減小，且最大應(yīng)力位置始終處于腐蝕處，這是由所采用的腐蝕尺寸較大導(dǎo)致，對(duì)于較小腐蝕尺寸時(shí)，最大應(yīng)力位置的變化情況可再進(jìn)一步分析。

由圖12還知，在腐蝕位置距管道滑坡區(qū)中部的距離不斷增加的過(guò)程中，管道的極限寬度不斷增加，且增速先增大后減小，增速在3.5 m處發(fā)生突變，當(dāng)腐蝕位于管道滑坡區(qū)中部位置時(shí)，管道的極限寬度最小，為15.7 m；當(dāng)腐蝕距管道滑坡區(qū)中部3.5 m時(shí)，管道的極限寬度為19.1 m，增量是腐蝕距管道滑坡區(qū)中部3 m時(shí)的3倍，且此后管道的極限寬度緩慢增加至穩(wěn)定；當(dāng)距管道滑坡區(qū)中部6m時(shí)，管道極限寬度為21.1 m，與無(wú)腐蝕管道極限寬度值相近?？芍诟g距管道滑坡區(qū)中部的距離小于3.5m時(shí)腐蝕對(duì)管道安全的危害較大，3.5 m至6 m腐蝕的危害不斷減小，距管道滑坡區(qū)中部距離大于6 m的腐蝕對(duì)管道的極限寬度的影響可以忽略，工程中在管道鋪設(shè)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)滑坡區(qū)中部左右6 m管道的防腐處理。

為充分分析無(wú)腐蝕和不同腐蝕軸向位置下管道的應(yīng)力分布，提取管道軸向路徑應(yīng)力值，結(jié)果如圖13所示。

圖13 管道軸向應(yīng)力路徑圖Fig.13 Pipeline axial stress path

由圖13可知，腐蝕管道軸向上應(yīng)力在腐蝕處發(fā)生了突變，且始終大于相同滑坡寬度下無(wú)腐蝕管道的最大應(yīng)力，分別為無(wú)腐蝕管道最大應(yīng)力的133.8%、128.3%、118.23%、107.3%、105.4%，故管道最危險(xiǎn)位置始終在腐蝕處，且由于滑坡作用使管道彎曲，距離滑坡中部越近，管道應(yīng)力越大。結(jié)合圖10、13可知，腐蝕僅影響管道在缺陷處的應(yīng)力，對(duì)管道其余位置應(yīng)力的影響可以忽略。

由以上不同腐蝕尺寸和空間位置下管道的極限寬度對(duì)比實(shí)際工況下管道受到的滑坡寬度，可初步判斷管道的安全性。

4 結(jié)論

（1）隨著腐蝕尺寸的增大，管道的應(yīng)力不斷增加，極限寬度不斷減少，且對(duì)腐蝕深度表現(xiàn)出高敏感性。坡度為30°的土質(zhì)滑坡下，外徑10.16 cm的X80管道應(yīng)控制管道腐蝕的深度不能超過(guò)0.25倍的壁厚，且擬建管道應(yīng)該避免橫穿寬度超過(guò)21.2 m的土質(zhì)滑坡。

（2）內(nèi)腐蝕管道的應(yīng)力始終大于含外腐蝕管道的應(yīng)力，管道應(yīng)力與極限寬度呈負(fù)相關(guān)，腐蝕位于管道迎滑面中點(diǎn)時(shí)管道的極限寬度最小，工程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管道迎滑面和背滑面的防護(hù)，避免管道防腐層破壞。

（3）腐蝕在管道軸向變化的整個(gè)過(guò)程中，管道的應(yīng)力不斷減小，管道的極限寬度不斷增加，且增速先增大后減小；腐蝕距管道滑坡區(qū)中部的距離超過(guò)6 m之后，對(duì)管道極限寬度的影響可以忽略，工程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管道滑坡區(qū)中部左右6 m管段的防腐處理，或?qū)Υ朔秶鷥?nèi)的滑坡進(jìn)行治理。

（4）腐蝕管道僅在管道腐蝕處產(chǎn)生應(yīng)力突變，腐蝕深度為0.2倍壁厚時(shí)，管道腐蝕處應(yīng)力遠(yuǎn)大于管道其余位置的應(yīng)力，腐蝕管道其余位置的應(yīng)力與無(wú)腐蝕管道一致。根據(jù)無(wú)腐蝕和不同腐蝕尺寸與空間位置下管道的極限寬度與力學(xué)行為變化可為穿越滑坡區(qū)管道的運(yùn)行安全提供依據(jù)。