Page 161 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 刘天豪，等： 落石冲击下地面混凝土垫层对埋地管道的防护作用 第 4 期

其防护效能贡献占比约 74%。这与王东源等 [30] 对 EPS 垫层的研究结论（厚度贡献占比 68%）吻合，印证
了“几何参数优先于材料参数”的工程优化原则。

60

50
ε p /10 −6 40 C20
C25
C30
30
C35
C40
20 R =0.724
2
10 15 20 25 30
δ/cm
图 17 不同混凝土强度下峰值拉应变与垫层厚度关系曲线
Fig. 17 Peak tensile strain versus bedding thickness curves for different concrete strength

冲击能的等效性受冲击体形状、刚度与质量-速度组合影响显著。建议实际工程中通过等效动能-动
量联合判据（E ∝mv ，p∝mv）评估冲击危害，并结合冲击体类型修正防护设计参数。
2
k
5 结 论

通过预埋多管节全尺寸现场试验开展了企口式混凝土管的动力响应研究，并通过数值模拟补充建
立了不同垫层模型，分析了垫层参数对防护作用的影响，得到以下主要结论。
(1) 在埋深 2 m 的工况下，混凝土管道受落石冲击时，管身比接口先发生破坏，管身裂缝不稳定扩展
更易导致企口式混凝土管道发生漏水事故。
(2) 管身峰值拉应变随垫层厚度的增加和混凝土强度的增大均呈非线性递减的趋势，但垫层厚度需
跨越临界值（本文中为 15 cm）才可发挥显著耗能作用，垫层强度存在最优区间（C30～C35），过度追求高
强度可能适得其反。
(3) 垫层厚度是影响垫层防护作用的主导因素，其防护效能贡献占比约 74%，在设计混凝土防护垫
层时需遵守“几何参数优先于材料参数”的原则，建议在为埋地企口式混凝土管道设置地表混凝土垫
层防护时，混凝土强度应在 C30～C35 之间、厚度不低于 0.2 m，可大幅降低管道因落石冲击而破坏的风
险，保障管道的安全运营。

参考文献：
[1] 马国凯, 魏定勇, 刘爱友, 等. 浅层地震技术在南水北调中线工程 PCCP 管道缺陷探测中的应用 [J]. 物探与化探, 2022,
46(2): 525–530. DOI: 10.11720/wtyht.2022.2467.
MA G K, WEI D Y, LIU A Y, et al. Application of shallow seismic exploration technique in defect detection of PCCP used in
the middle route of the South-to-North Water Transfer Project [J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2022, 46(2):
525–530. DOI: 10.11720/wtyht.2022.2467.
[2] 赵怀珠, 金鑫, 温高峰, 等. 水平定向钻穿越南水北调总干渠关键技术研究 [J]. 中国给水排水, 2022, 38(18): 94–100. DOI:
10.19853/j.zgjsps.1000-4602.2022.18.018.
ZHAO H Z, JIN X, WEN G F, et al. Research on key technology of horizontal directional drilling across the main canal of
South-to-North Water Diversion Project [J]. China Water & Wastewater, 2022, 38(18): 94–100. DOI: 10.19853/j.zgjsps.1000-
4602.2022.18.018.
[3] 赵勇, 王浩, 邓铭江, 等. 黄河几字弯水网: 南水北调西线配套东延工程构想 [J]. 水利学报, 2023, 54(9): 1015–1024. DOI:
10.13243/j.cnki.slxb.20220393.
ZHAO Y, WANG H, DENG M J, et al. Jiziwan water network in the Yellow River Basin: conceptualizing the east extension

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