埋地管道作为基础设施的重要组成部分和经济、快捷、可靠的运输方式,被誉为城市地下“生命线”和油气田“生命线”。随着我国城市化进程的加快和油气资源的开发,埋地管道的建设也日益增多,其结构的安全性和可靠性问题日益突出并受到各方广泛关注。我国幅员辽阔,是一个地震多发国家,地震发生时,埋地管道的破坏会直接导致重要城市基础设施的服务中断以及油气泄漏事故,甚至可能引发火灾爆炸,对震时救援、灾后重建和生态环境造成严重影响。断层错动是埋地管道地震破坏的主要原因之一,为了避免此类事故的发生,需要准确进行跨断层埋地管道的力学性能研究及安全性评估。本文从理论、有限元和试验三个方面对跨断层埋地管道的力学性能展开研究,并结合工程实例进行了分析,主要的研究工作和成果如下:(1)选取弹簧替代管土小变形段,考虑管土间的相互作用,建立管道轴力与管土相对位移之间的关系。利用弹性地基梁理论,建立管道力的平衡方程和变形协调方程,进而得到跨断层埋地管道应变和变形的解析方法。利用管道重力、截面剪力和惯性力相似的原则,确定了试验模型的相似比关系为1:15。(2)设计并制作了可用于研究多种型式断层对埋地管线作用机制的试验装置,通过模拟断层的错动,对14根埋地管道进行了试验,获得断层错动下埋地管道沿轴向的应变分布和竖向变形特点,研究了断层错动量、管径、埋深、土体材料、弹簧弹性系数、管道跨越角等参数对埋地管道力学性能的影响规律。(3)建立了跨断层埋地管道有限元分析模型,通过对比等效弹簧边界壳模型与固定边界壳模型的Mises应力值,证实了能够利用含有弹簧的土箱装置来进行有限元分析及后续的试验研究,在此基础上探讨了不同型式的断层作用对埋地管道力学性能的影响,得到了管道沿轴向的应变云图及Mises应力曲线。(4)介绍了跨断层埋地管道安全性评定的准则和方法,并结合工程实例进行了说明,对本文中所采用的理论解析法、等效弹簧有限元法、固定边界有限元法、规范(GB/T 50470-2017)中采用的理论方法共4种方法进行了比较分析,最后提出了跨断层埋地管道安全性保障措施。