随着我国经济的发展，对油气资源的需求越来越大，由于区域性分布不均衡，油气资源的安全、快速的运输日益重要，管道输送作为一种高效、低耗的运输方式，已被普遍采用。我国是一个多山的国家，很多管道工程需要穿越地质条件复杂的中西部山区，这些地区发育有众多的地质灾害，如滑坡、危岩崩塌等，而输气管道多为浅埋薄壁钢管，埋深约0.8～2.5m，自身抵抗能力较差，易受地质灾害影响。以忠县-武汉输气管道为例，在2004年到现在近3年的运营期间，已发生多次危岩失稳坠落事件，对该管道的安全运行构成了严重威胁。危岩失稳后是否会对浅埋管道造成损害，是危岩治理决策前，应首先明确的问题。对于这个问题，通常采用经验类比的方法，主观性因素较大，而危岩大小形状各异，悬空高度相差很大，管道的埋深、土体性质在不同的地方也不相同，难以得到准确的结论，这使治理决策缺少依据，一定程度上造成治理的盲目性。本文尝试从定量计算上找到该问题的答案，分别从理论计算和数值仿真的角度对落石冲击下管道的动力学响应进行了探讨，研究了落石垂直冲击管道正上方时，基于管体强度的极限承载力。主要完成的工作包括，对危岩失稳后的运动路径进行了计算，根据落石落地点位置及此时的速度大小及方向，初步判断危岩是否对管道有影响；采用非完全弹性碰撞理论分析了落石垂直落地时冲击力大小及特点；采用布辛尼克斯公式计算管道处的冲击荷载；分别对管道纵向、横向受力情况进行了分析，计算了其内力和应力；应用第四强度理论判断管体应力是否满足安全要求，得到了基于强度要求的管道在落石冲击下的极限承载力；采用有限元分析软件ANSYS／LS-DYNA动力分析软件包，对体积为1m³、正方体形状落石垂直冲击浅埋管道的过程进行了模拟，对结果进行了分析，并与理论计算结论进行了对比。研究主要获得如下几点认识：1)落石冲击力可按非完全弹性碰撞理论或能量守恒理论计算，其大小一般为几十到几百倍重力，当落石大小形状及土体性质确定时，最大冲击力与速度近似成正比：落石冲击荷载作用时间很短，一般为10^-3～10^-2s。2)冲击荷载作用下土体竖向应力在管道表面存在应力集中现象；竖向应力沿管道纵向、横向分布形式与静力荷载相似，但从中心向两侧衰减更快。3)落石冲击中心正下方管道截面为最危险截面，理论分析时，需对管道分别进行纵向、横向内力计算，以得到管道截面上的双向应力；在纵向内力计算中，当管道埋深较浅时，作用于管道上的冲击荷载可视为集中力，而管道视为弹性地基上的无限长梁，按弹性地基梁法进行内力计算；横向内力计算中，按平面问题进行分析，冲击荷载可简化为作用于管道上表面的均布荷载，横截面管环可视为置于弹性土体中的闭合曲梁，采用耶梅里杨诺夫公式计算管环内力。4)在落石冲击中心，管道整体向下位移，且截面发生变形，由圆形变为长轴为水平向的不规则椭圆形，最大有效应力出现在管道顶部；在落石体积、形状及土体性质、管道埋深下确定时，管体的最大有效应力与最大冲击力近似呈正比关系，即与落石的速度近似成正比关系。5)埋深对管道抵抗落石冲击能力有较大影响，根据对忠武管道落石冲击动力响应数值仿真结果，只考虑落石冲击荷载时，埋深为1m的管道在1m³正方体落石垂直冲击下，当落石速度小于11.8m／s，管体材料满足规范规定的强度要求，当速度大于13m／s时管体顶部出现塑性区，管道发生塑性变形；而埋深为2m时，该速度分别为13.8m／s和17m／s。