(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211074408.4 (22)申请日 2022.09.03 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 王亮　廖柯熹　何国玺　何腾蛟　 张浩南　王雨薇　叶男　廖德琛　 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G01N 33/2045(2019.01) G01N 3/32(2006.01) G01N 3/20(2006.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种滑坡地质灾害下含裂纹缺陷管道安全 评价方法 (57)摘要 本发明公开了一种滑坡地质 灾害下含裂纹 缺陷管道 安全评价方法， 属于 管道地质灾害安全 评价领域， 本发 明旨在提供一种针对滑坡地质灾 害作用下， 含裂纹缺陷管道安全状态评价， 通过 对管道断裂韧度适应性分析， 得到管道临界断裂 韧度值， 建立滑坡下位移应力计算模型， 得到滑 坡下应力位移， 基于屈服强度和断裂韧度双判据 判断管道 安全状态， 同时对管道 安全状态定量化 分析。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 115374677 A 2022.11.22 CN 115374677 A 1.一种滑坡地质灾害下含裂纹缺陷管道安全评价方法， 其特 征在于包括以下步骤： 步骤1， 收集管道设计参数、 运行工况数据， 所述设计参数包括管径、 壁厚、 埋深、 钢材等 级、 钢材屈服强度、 抗拉强度， 所述 运行工况 数据为管道内压； 步骤2， 收集滑坡定量表征参数， 具体包括滑坡土体密度、 滑坡可能发生高度、 宽度； 步骤3， 收集管道历年内检测数据， 具体包括焊缝排查数据、 内部测厚数据， 根据内检测 数据， 判读管道裂纹缺陷位置、 裂纹大小， 对裂纹尺寸进行归一化， 给出描述裂纹大小的长 度和宽度值； 步骤4， 开展管道断裂韧度适应性分析， 采用与管道相同材料的试样开展三点弯曲实 验， 筛选出适用于管道材质的断裂韧度参数， 同时基于三点弯实验， 获取临界断裂韧性参 数， 所述断裂韧性 参数主要为应力强度因子K、 裂纹尖端张开 位移CTOD和J积分； 步骤5， 建立滑坡 ‑管道力学耦合计算模型， 基于土弹簧模型， 将管道视为横梁， 建立滑 坡作用下 管道力学模型， 计算无缺陷下 管道应力位移分布； 步骤6， 建立含裂纹缺陷管道有限元计算模型， 基于S5得到的应力位移分布， 将其作为 有限元计算 边界条件， 通过有限元计算得到断裂韧度参数； 步骤7， 对管道安全状态进行评价， 基于屈服强度和断裂韧度参数判断管道是否安全， 定量给出管道安全状态等级。 2.根据权利要求1所述一种滑坡地质灾害下含裂纹缺陷管道安全评价方法， 步骤5中， 滑坡‑管道力学耦合计算模型， 计算过程主 要包括以下步骤： 步骤a， 滑坡土壤作用在单位长度管道上的外力计算式如下： F1＝ρ滑 体gh1Dsinθ1 式中： F1为滑坡土体力， N； ρ滑体为滑坡土壤的密度， kg/m3； g为重力加速度， 9.8m/s2； h1为 滑坡体的高度， m； D为管道外径， m； θ1为滑坡体倾角， °； 步骤b， 地基反力作用在管道上的反力计算公式如下： F2＝k1yD 式中： F2为管道下沉地基作用的反力， N； k1为地基系数， N/m3； y为管道不同位置的下沉 位移， 或成为挠度， m； D为管道外径， m； 步骤c， 滑坡过程中摩擦力产生的反力计算公式如下： F3＝ρ土gh2Dk2cosθ2 式中： F3为摩擦产生的力， N； ρ土为管道回填时上方土的密度， kg/m3； h2为管道埋深， m； k2 为摩擦系数， 一般取值0.3； θ2为管道轴线偏离水平的倾角， °； 步骤d， 综合 步骤a、 步骤b、 步骤c对管道沿线位置求弯 矩， 得到管道 弯矩计算公式如下： 式中： L1为滑坡区长度， m； L2为滑坡影响区 区长度， m； 步骤e， 根据步骤d管道沿线弯矩方程， 结合管道弯曲方程， 得到滑坡作用下管道挠度计 算公式如下： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115374677 A 2步骤f， 采用有限差分方法对步骤e 管道挠度曲线求 解， 得到管道沿线挠度y； 步骤g， ： 将步骤f得到的管道挠度带入步骤d管道弯矩计算方程， 得到弯矩， 采用下列公 式求得滑坡作用下 管道轴向应力； 式中： Iz为管道截面惯性矩， m4， y为管道截面 位置到中性轴位置， m。 3.根据权利要求1所述一种滑坡地质灾害下含裂纹缺陷管道安全评价方法， 步骤7中， 管道安全状态等级确定步骤如下： 步骤a， 当管道轴向应力处于屈服强度的20％ ‑50％， 临界断裂韧度在50％以下为低风 险， 50％‑80％为中风险， 80％ ‑100％为高风险段； 步骤b， 当管道轴向应力处于屈服强度的50％ ‑80％， 临界断裂韧度在30％以下为低风 险， 30％‑60％为中风险， 6 0％‑100％为高风险段； 步骤c， 当管道轴向应力处于屈服强度的80 ％‑100％， 临界断裂韧度在10 ％以下为低风 险， 10％‑40％为中风险， 40％ ‑100％为高风险段。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115374677 A 3