震波和地震烈度對地下給水管道影響的研究

摘 要：在當今社會，地震及地震次生災害不僅危及震區人民的生命、財產安全，還造成了基礎設施的破壞，震區供水系統的可靠性直接影響到震后的供水安全和建設恢復。文章分析了震波、地震烈度對管道安全供水可靠度的影響，同時對保障震時供水安全應采取的措施進行了探討。

關鍵詞：地震烈度；安全供水；給水管道；受損率

前言

我國是世界上遭受地震災害最為頻繁的國家之一，地震及地震次生災害不僅危及震區人民的生命、財產安全，還造成了基礎設施的破壞。給水管道在地震中經常受到嚴重破壞，造成供水生命線中斷，嚴重威脅到災區供水安全。通過分析震波、地震烈度對管道安全供水可靠度的影響，提出應對措施，對保障震后供水安全和建設恢復有重要意義。

1 震波對供水管道影響分析

震波對供水管道的影響因素主要有：

（1）水平剪切波造成管道形變。地震波對地下供水管道系統的影響可以按照波動理論進行分析研究，通常情況地下供水管線埋設深度一般不大于3m，近地面地震水平剪切波對管道影響的貢獻比較大，一般只需考慮水平剪切地震波造成的管線形變。

（2）地震發生時，地震波對水產生的動水壓急劇變化對管道轉彎處、管徑變化處、四通連接處產生巨大的壓力影響，造成這些部位在地震時發生損害的概率大大增加。

（3）地下管線的破壞主要是管道在地震波及周邊土壤液化影響下，由于管道的強度不足以抵抗外力的變化造成的破壞。這種變化形式主要與管道的材質有關系，另外地下管線的變化還與管道的連接方式和接口形式有關。震后資料顯示柔性連接較之剛性連接的完好率要高很多。

（4）震時場地影響，地震時管道周圍場地對地下供水管道的形變影響主要和管道與周圍土壤的剛度比有關，同時也與管道周圍的土壤密實程度有關系，地下供水管線的形變通常會小于管道周圍自由場地的形變。當地震波對管道周圍土壤產生的剪切形變大于管道與土層間摩擦力時，地下供水管線周圍的土壤會與管線產生相互滑動，以致對管道產生剪切應力破損，關系到地下管道的安全。

2 地震烈度對管網影響研究

地震烈度是影響地下管線安全的主要因素，烈度按照MSK-64地震烈度分類方法分為6-12度，地震烈度差異對地下給水管線損害形式與損害率也不同。

2.1 管道能夠承受的最低地震烈度

實驗分析發現，給水管線基礎場地相同情況下，管線受損隨烈度升高而增大。當地震烈度在7度以下時，烈度對給水管線損害不明顯；當地震烈度超過7度時，烈度對給水管線損害影響因子顯著增大，因此將地震烈度7度作為給水管線受損分析分界點。

2.2 地震震害率的計算

地下給水管線破壞率同地震烈度的關系，一般依據地震烈度-地下給水管線受損程度關系來計算，地震烈度與地下給水管線周圍土壤峰值加速度有關。因地下給水管線周圍土壤不同，地震烈度也不同。

logN=3.65+6.39logA （1）

式中：N為地下給水管線受損率，即每千米長地下給水管線受損處數；A為場地加速度峰值。

在沒有加速度資料情況下，可以通過烈度和加速度的關系求得加速度：

logA=0.3I-2.93 （2）

式中：I為地震烈度。

2.3 地震烈度對地下給水管道損害分析

地震烈度差異與地下給水管線受損率的差異相關，在地下給水管線周圍場地土壤條件一樣的條件下，隨著地震烈度升高，對地下給水管線破壞影響也越大。

（1）表1是某次地震中不同管道材料、不同連接方式、不同管徑給水管線損害數據統計[1]。

通過結果分析發現，在場地基礎條件相同的情況下，隨著地震烈度的增加管道受害率也在增加，在地震烈度為7度的情況下管道基本未收到損害。非剛性接口的混凝土給水管道的受震害影響破壞較輕。

（2）2008年四川省汶川縣發生里氏8級地震，震源深度約為10-20km，是一次破壞性極強的淺源地震，對周邊地區的給水管線造成了嚴重破壞。據中國地震局地震臺網公布的資料顯示，地震的烈度達到里氏11度。該次地震對周邊地區的影響造成四川廣元地震烈度達到7度、四川青川地震烈度達到9度、陜西寧強縣地震烈度達到8度，地震對三個地區地下給水管線嚴重受損，地下給水管線受損形式主要是管體本體斷裂、管道連接初斷開、管道附件連接處的斷裂[2]。

表2數據顯示，供水管道震害率隨地震烈度增加而增大，四川青川受震地區的供水管道震害率為0.75處/km，相較四川廣元和陜西寧強地區的震害率要高出很多。管道本體隨著管徑的變大，破壞率減小。在三種管道及附件的破壞形式中，管道本體破壞及管道接口破壞占比較大。

3 結束語

根據震波、地震烈度對管道安全供水影響的分析，可采取用柔性接口和柔性材料吸收場地應變、用強度高的材料抵抗外力、建造均勻穩固的地基埋設管道等措施，減少震時損失。供水安全關乎社會穩定，供水系統要求在震后具備供水功能或者迅速恢復功能，所以在設計、施工、使用給水系統時要嚴格按照現行規范、綜合考慮各種因素，以保證人民的生命安全。

參考文獻

[1]王明鈺.給水管線震害預測方法及實例分析[J].四川地震，2010（4）：23-28.

[2]姜寶峰.城市直下型地震作用下直埋式供熱管道抗震反應分析[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2012.

[3]李恩來.震動圖快速生成方法研究[D].北京：中國地震局工程力學研究所，2010.