输气管道在不良地质环境下,表现出的潜在危险性已经引起了人们的注意,管道中输送的易燃、易爆介质,在管道破损后存在着极高的潜在危害。为此,在黄土地区,研究黄土暗穴对管道的影响具有重要的理论意义和实用价值。本文针对西气东输二线DL069潼关段,讨论研究区的地质条件、环境条件、管周黄土暗穴特征、发育规律及成因。采用现场调查、勘探、室内外试验及理论计算与数值模拟分析,对管周黄土暗穴的发育规律、成因机制及管道的受力关系进行分析,得到一些有价值的结果与结论。(1)基于研究区管周黄土暗穴发育特征,提出了管周黄土暗穴发育原因,包括(a)内因(土性条件、节理裂隙、地下水);(b)外因(回填土、降雨、植被覆盖率及防排水构筑物)。提出了管周黄土暗穴“回填土沉陷-管底土流失”形成机理。大致可以概括为“回填土沉陷——沉陷负地形聚水——沉陷裂隙形成——径流水沿着沉陷裂隙下渗——管道顶部陷穴形成——管土接触间隙增大——管底土流失——管周黄土暗穴形成”。(2)建立管道与管周黄土的流固耦合模型,探究了在降雨模式下,地表径流下渗时,管道与管周黄土关键部位的应力、应变的变化特点。得到管壁应力大于管底应力。应变由管中心向两边递减,但在回填土与原状土的交界处最大,这说明在原状土与回填土的交界处,接触间隙是导致水流下渗形成陷穴的主要通道。阐释了管周黄土暗穴的形成机制。(3)分析管道上覆土荷载、内部压力及温差应力。基于管土作用机制,建立无固定端单跨管道模型。假设管道(型号X80级),管顶埋深2m,通过理论计算,得到管道极限安全跨度为37m,可为西气东输管道的后期维护提供借鉴。