地震灾害情景构建是通过建立地震灾害场景,构建地震灾害应对任务模型,依据应对模型计算应急需求并对灾害预防、应急准备不断优化的防灾减灾手段,是一种情景式的应急准备模式,为相关决策部门所采用。本文围绕城市地下燃气管道抗震分析及地震灾害情景构建的研究目标,完成埋地燃气管道抗震的理论分析、经验分析和动力有限元分析,燃气管道功能失效研究等内容,在建立河北地区随机地震动预测模型作为示范区地震动场输入基础上,实现研究区城市地下燃气管道地震灾害情景构建。主要研究内容和研究成果如下:1、系统地研究了地下管道在地震动作用下变形反应的理论法和经验法。考虑面波的影响,推导了瑞利波作用下地下管道地震反应的计算公式;统计分析了基于PGV的埋地管道震害率经验公式;综合考虑影响管道地震破坏的各种因素,引入突变级数法,提出了埋地燃气管道地震破坏等级综合评价分析方法。结果表明:（1）在沉积平原或盆地等面波发育地区,面波对管道所产生的轴向应变要高于剪切波,面波破坏作用建议给予重视;（2）突变级数法可减少埋地燃气管道地震破坏等级计算中的不确定性,具有一定的理论和实用价值。2、开展地震动作用下埋地连续管道和分段管道的动力有限元分析。采用接触单元模拟管土相互作用,建立埋地管道动力有限元分析模型,在有限元模型中采用了粘弹性人工边界,以消除从无限场地土中切取有限尺寸场地进行分析引起的人为误差。同时建立了埋地分段管道动力有限元模型,研究了地震动输入方向、管土相互作用、管材类型、接口结构对埋地管道地震反应的影响规律。结果表明:（1）地震动作用下埋地管道的地震反应受到周围土体应变的传导和约束,管道的应变要小于场地土,且埋地管道的地震反应和土体应变受到地震动输入方向的影响;（2）管土摩擦系数越大、管材越柔,地震动作用下管体反应越大;（3）承插式接口结构会造成应力、应变在接口两侧分布的不连续变化,从而形成应力、应变的间断面,接口强度越弱,不连续现象越明显。论文同时开展了近断层地震动输入下埋地管道地震反应分析。选取具有向前方向性效应速度脉冲、滑冲效应速度脉冲、近断层无脉冲地震动、近断层区外速度脉冲和远场面波的10条地震动记录,开展地震反应数值计算,分析不同类型地震动对埋地管道地震反应的影响,并重点讨论不同类型地震动对埋地管道地震反应影响的差异。结果表明:（1）速度脉冲型地震动因具有较大的速度和位移峰值,会增大埋地管道反应;（2）速度脉冲会使埋地管道地震反应较大,与PGA相关性比较,管道的变形反应与地震动的PGV、PGD相关性更强;（3）在集集地震中,滑冲效应的速度和位移峰值比向前方向性效应的速度和位移峰值大,造成埋地管道的反应变形也更大;（4）发育在沉积平原或盆地地区的大振幅、长周期面波会增大埋地管道的地震反应。3、基于动力学拐角频率的随机有限断层法,开展了适合河北地区地震地质区域特点的地震动场模拟研究,为示范区提供比地震烈度输入更精细的地震动场输入,并以张家口市为例,进一步开展了城市地下燃气管道地震灾害情景构建。基于32个场地钻孔数据,建立河北地区II类和III类场地的土层场地模型,并计算得到平均场地放大系数;分区计算河北地区的场地κ0高频衰减模型,并探讨κ0的分布规律;确定了近年来河北地区中小地震拐角频率和应力降;在震源滑动分布方面,采用凹凸体滑动分布模型的建立方法。基于本文建立的河北地区地震动预测模型参数,分别以邢台平原地区和张家口山区为例,完成考虑震源凹凸体分布和随机分布对比分析的邢台地震近场强地面运动模拟;选用不同的局部场地放大系数和高频衰减κ0模型组成的联合效应,完成张家口山区近场地震动的对比分析。结果表明:（1）局部场地放大系数具有很强的区域特点;（2）场地κ0高频衰减模型受到高程、场地条件、地形起伏等因素的影响,一般而言,场地越硬、高程越高、地形起伏越剧烈,κ0越小;平原地区使用本文κ0模型计算结果与真实记录具有很好一致性;（3）与震源随机滑动分布比较,使用本文方法建立的震源凹凸体分布能有效改善近断层区的地震动强度分布;（4）场地效应为局部场地放大和地震动高频衰减的联合效应,其中高频衰减模型κ0控制着场地反应的峰值和拐点;随机有限断层法在山地地区使用中,应考虑山地地区场地放大系数模型和κ0模型受地形起伏影响的特殊性。本节建立的地震动预测模型可适用于河北地区的相关地震灾害情景构建,符合河北地区地震地质环境的区域特点。基于河北地区随机有限断层法地震动场预测模型,结合研究区本地地震地质特征,计算近断层地震动场,为网格化的示范区地下燃气管网地震反应分析提供加速度、速度等地震动输入,对埋地管道地震作用分析的经验法、突变级数法做比较;对于燃气管道功能失效分析,采用两态破坏准则,提出基于结构破坏的燃气管道功能失效分析方法,并完成示范区燃气管道功能失效分析。结果表明:（1）与以往基于地震烈度所给出的埋地燃气管道震害结果相比,采用本文提出的基于峰值加速度、峰值速度的经验法和突变级数法给出的结果更加细化;（2）环状管道拓扑结构设计、两条以上输气干线设置等措施,能有效提升管道供气功能可靠度,可以为城市燃气管道规划设计和抗震优化改造提供参考。