Page 135 - 《振动工程学报》2026年第2期

第 2 期 赵博文，等：埋地铸铁管道落石冲击响应现场试验研究 451

变化不大，大小均在 10 με 以下。 道，冲击点和管道仍存在 6 m 的垂直距离，因此顶部
与铸铁管道平行方向设置了 1 个冲击位点，在 测点峰值应变沿水平分布变化趋势不够显著。
管 道 中 垂 线 上 设置 1 个 冲 击 点 ， 中 垂 线 上 方 设 置
Y1 Y2 Y3 Y7 Y8
6 个冲击点，中垂线下方设置 6 个冲击点。出于对称 5
性考虑，本文选取中垂线及以上共 7 个平行冲击点 4 Y1 Y2 Y3 Y7 Y8
进行分析。截面 3 处应变测点峰值应变沿管道水平 3
方向分布如图 9 所示，由图 9 可知，无论是径向还是 径向峰值微应变 / με 2
环向峰值应变均在 Y3 测点及管道顶部取得最大值， 1
Y4 与 Y6 测点处峰值应变基本一致，管道底部测点 0
Y5 峰值应变最小；沿水平方向各测点处峰值应变随 −1
0 1 2 3 4 5 6
距离的增大呈逐渐减小趋势，但峰值应变衰减速度 水平距离 / m
明显小于沿垂直管道方向峰值应变衰减速度，且径 (a) 顶部测点径向峰值应变沿水平分布
(a) Radial peak strain distribution along the horizontal
向 和 环 向 峰 值 应 变 大 小 均 小于 10 με， 管 道 应 变 较 at the top measurement point
小。图 9(a) 中，沿水平方向分布，Y3 测点均测得最 10
大峰值应变，在图 9(b) 中，Y3 测点在 4 m 之后应变值 8
异常增大，Y4 测点数值与 Y6 测点数值偏差较大，明 6
显不符合前述试验所得到的规律，经过对数据的排 环向峰值微应变 / με
查，可能是在 4~6 m 范围内的土层变化影响了上述 4
测点的应变测量数据。 2 Y1 Y2 Y3 Y7 Y8

Y3 Y4 Y5 Y6 0

5 0 1 2 3 4 5 6
水平距离 / m
Y3 (b) Circumferential peak strain distribution along the horizontal
(b) 顶部测点环向峰值应变沿水平分布
4
Y4 Y6
径向峰值微应变 / με 3 2 1 Fig. 10 Horizontal distribution of strain at the top measuring
Y5
at the top measurement point
图 10 顶部测点应变沿水平分布
0
points

0 1 2 3 4 5 6
距管道中点水平距离 / m 2.3 管道峰值应变函数表达
(a) 截面3径向峰值应变沿水平分布
(a) Radial peak strain distribution along the 为了确保可进行多次试验，本次试验采用的冲
horizontal direction at Section 3
8 击高度与重量都在可控范围之内，不会对铸铁管道
Y3 造成实质性的损坏。由前文分析可知，截面 3 处应
环向峰值微应变 / με 4 系，将 Y3 测点峰值应变与垂直距离和水平距离分别
Y4 Y6
6
变测点峰值应变与冲击距离之间存在明显函数关
Y5
所示，其中横坐标代表
进行函数拟合，结果如图
11
测点水平或垂直距离，纵坐标表示测点峰值应
距
Y3
2
变。径向峰值应变与垂直距离拟合度为 0.95，环向
0
0 1 2 3 4 5 6 峰值应变与垂直距离拟和度为 0.97，说明管道上方
距管道中点水平距离 / m
(b) 截面3环向峰值应变沿水平分布 测点受冲击作用产生的峰值应变与冲击点之间垂直
(b) Circumferential peak strain distribution along the
horizontal direction at Section 3 距离具有较强的指数函数相关性，径向峰值应变与

垂直距离的函数方程为：
图 9 峰值应变沿水平分布
Fig. 9 Horizontal distribution of peak strain y = 21.779e −0.321x （9）
Y1、Y2、Y3、Y7 和 Y8 为沿管道中轴线布置在 环向峰值应变与垂直距离的函数方程为：
管道顶部的应变测点，如图 10 所示为以上测点受水 y = 60.648e −0.378x （10）
平方向冲击作用下所产生的峰值应变分布，由图 10 式中，y 为峰值应变；x 为距冲击点的垂直距离。
可知，顶部测点径向峰值应变和环向峰值应变随着 同样地，Y3 测点处峰值应变与水平距离之间存
冲击点与管道的水平距离增加而减小，为了保护管 在着较强的函数关系，函数拟合结果如图 12 所示。