Numerical Simulation Study of Slope‑pipe Interaction Using Material Point Method

JIANGXinfei; ZHU Honghu; TAN Daoyuan; YAN Dumin; ZHANG Wei

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20250110004

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Numerical Simulation Study of Slope‑pipe Interaction Using Material Point Method

更新时间：2025-12-12

- Numerical Simulation Study of Slope‑pipe Interaction Using Material Point Method
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 45, Issue 5, Pages: 1062-1073(2025)
- 作者机构：
  
  1.南京大学地球科学与工程学院，江苏南京 210023
  2.江苏省大地感知与控灾工程研究中心，江苏南京 210023
  3.中国铁建股份有限公司，北京 100855
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20250110004
  CLC： TU443
- Received：10 January 2025，
  
  Revised：2025-03-27，
  
  Published：28 October 2025
- 稿件说明：
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蒋昕飞,朱鸿鹄,谭道远等.边坡-管道相互作用物质点法数值模拟研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(05):1062-1073.

JIANGXinfei ,ZHU Honghu,TAN Daoyuan,et al.Numerical Simulation Study of Slope‑pipe Interaction Using Material Point Method[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(05):1062-1073.
蒋昕飞,朱鸿鹄,谭道远等.边坡-管道相互作用物质点法数值模拟研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(05):1062-1073. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20250110004.

JIANGXinfei ,ZHU Honghu,TAN Daoyuan,et al.Numerical Simulation Study of Slope‑pipe Interaction Using Material Point Method[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(05):1062-1073. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20250110004.

摘要

基于物质点法，对边坡与埋地管道之间的相互作用开展数值模拟研究，系统分析了管径、管道材质、基础宽度和基础位置等因素的影响，并探究了管道受力状况对管道变形模式以及边坡破坏机制的影响。结果表明：管径、管道材质、基础宽度及基础位置不仅影响边坡极限承载力，还会改变边坡中剪切带的扩展路径；管径以及管道材质对边坡承载力以及剪切带的发育有显著的影响，较大的管径和刚度小的管材均会削弱边坡的地基承载力；基础宽度和位置控制着坡内滑裂面的形成路径；管道变形模式受控于管周弯矩分布，管道负弯矩增大直接导致管道由椭圆形变形转变为心形变形；管-土界面提供了潜在的失稳路径，加速了边坡中滑裂面的发展。这些研究结论对于边坡-管道系统的变形控制与结构设计提供了重要的参考依据。

Abstract

Based on the material point method (MPM)

numerical simulations were conducted to investigate the interaction between slopes and buried pipes. The effects of factors such as pipe diameter

pipe material

foundation width

and foundation position were systematically analyzed

and the effects of pipe stress conditions on pipe deformation patterns and slope failure mechanisms were examined. The results showed that pipe diameter

pipe material

foundation width

and foundation position not only affected the ultimate bearing capacity of the slope but also changed the propagation path of shear bands in the slope. Pipe diameter and pipe material had significant effects on slope bearing capacity and shear band development. Larger pipe diameters and pipe materials with lower stiffness both reduced the foundation bearing capacity of the slope. Foundation width and position controlled the formation path of slip surfaces within the slope. Pipe deformation mode was controlled by the bending moment distribution around the pipe. An increase in negative bending moment directly caused the pipe deformation to transition from an elliptical to a heart-shaped pattern. The pipe-soil interface provided a potential instability path

accelerating the development of slip surfaces in the slope. These findings provide important references for deformation control and structural design of slope-pipe systems.

关键词

Keywords

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