CN115130259A

CN115130259A - 跨断层管道接口轴向位移预测、模型构建方法及装置

Info

Publication number: CN115130259A
Application number: CN202210728139.2A
Authority: CN
Inventors: 杜文琪; 赵宁; 唐小松
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2042-06-24
Also published as: CN115130259B

Abstract

本发明提供跨断层管道接口轴向位移预测、模型构建方法及装置，能够有效模拟管道接口非线性力学行为和刚度特性，预测方法包括：步骤1、采用ABAQUS中的CAE方式创建管道和土体的三维有限元模型，赋予管道、土体材料属性和接口的刚度特性，施加载荷和边界条件；步骤2、利用VUSDFLD子程序进行参数传递，实现土体弹性模量随围压变化的特性以及强度参数的峰前硬化‑峰后软化特性；步骤3、获取各工况下跨断层管道接口的轴向位移，进行多元非线性回归分析，得到预测模型；步骤4、向预测模型中输入预测条件，计算得到该条件下跨断层管道接口的轴向位移。

Description

跨断层管道接口轴向位移预测、模型构建方法及装置

技术领域

本发明属于生命线工程跨断层分段管道抗震性能有限元模拟技术领域，具体涉及一种跨断层管道接口轴向位移预测、模型构建方法及装置。

技术背景

埋地管线常用于水、燃气、石油等城市正常运转所必需介质的长距离输送，是生命线工程的重要组成部分。管线覆盖区域广，不可避免的跨越活动断层，断层错动引起的地表位错是导致埋地管道失效的主要原因之一。分段管道接口处的抗拉刚度远小于管段本身的抗拉刚度，在地面荷载作用下分段管道通常在接口处拉脱失效，建立跨断层分段管道接口轴向位移的评价方法是评估管道抗震性能的关键。

在已开展的相关研究中，三维有限元模型常采用涂层或橡胶垫圈传递剪力和弯矩以简化模拟接口，难以准确表征接口的轴向刚度及非线性力学行为，此外，现有三维有限元模型均未考虑砂土的应变软化特性，难以准确捕捉断层错动时剪切带的发展过程^[1]。因此，发展一种可以准确表征接口非线性力学行为和砂土峰后软化特性的三维有限元模型具有显著的现实意义和工程价值。

Liu和O’Rourke^[2]假定接口完全柔性、管道完全刚性，地面荷载完全由接口承担，认为当断层面跨越管道接口处时接口的轴向位移最大，并给出了跨走滑断层接口响应的评估表达式。但是，实际管道接口往往具有一定的刚度且接口刚度随管径的增大而增大^[3]，例如，铸铁管道各管段通常采用铅缝或水泥缝接口连接，若不考虑接口刚度难以准确评估地面荷载作用下管道的接口响应。

文中涉及如下参考文献：

[1]Qin X,Ni P.Kinematics of bell-spigot joints in vitrified claypipelines under differential ground movement.Tunnelling and Underground SpaceTechnology 2019；91:103005.

[2]O’Rourke MJ,Liu X.Seismic design of buried and offshorepipelines.In:Monograph MCEER-12-MN04,multidisciplinary center for earthquakeengineering research.Buffalo,NY:University at Buffalo,State University of NewYork；2012..

[3]Wham BP.Jointed pipeline response to large groundmovements.Cornell University；2016.

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供考虑实际接口特性的跨断层管道接口轴向位移预测、模型构建方法及装置。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

<模型构建方法>

本发明提供一种跨断层管道接口轴向位移预测模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、基于待预测的管道、接口型式、场地条件，采用ABAQUS中的CAE方式创建管道和土体的三维有限元模型，赋予管道、土体材料属性和接口的刚度特性，施加载荷和边界条件；赋予土体模型相应材料属性并启用非独立变量和用户定义场，设置2个场变量并根据土体弹性模量随围压变化的特性以及强度参数的峰前硬化峰后软化特性输入与场变量相关的弹性模量、内摩擦角及剪胀角；管道承口及插口端面圆心位置创建参考点并与端面建立运动耦合约束，采用Connector单元的BUSHING类型连接上述参考点并赋予与管径相关的接口刚度特性；

步骤2、采用ABAQUS的VUSDFLD子程序中的传入变量stress、strain和定义变量stateOld、stateNew进行参数传递，在VUSDFLD子程序自定义区域中，将工程塑性剪应变设置为场变量一，平均有效应力设置为场变量二，在每个计算分析步的开始更新场变量并与土体材料模型关联，实现土体弹性模量随围压变化的特性以及强度参数的峰前硬化-峰后软化特性；

步骤3、获取各工况下管道接口的轴向位移数据，对数据进行多元非线性回归分析，得到跨断层管道接口轴向位移预测模型。<预测方法一>

本发明还提供了一种跨断层管道接口轴向位移预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、基于待预测的管道、接口型式、场地条件，采用ABAQUS中的CAE方式创建管道和土体的三维有限元模型，赋予管道、土体材料属性和接口的刚度特性，施加载荷和边界条件；赋予土体模型土体材料属性并启用非独立变量和用户定义场，设置2个场变量并根据土体弹性模量随围压变化的特性以及强度参数的峰前硬化峰后软化特性输入与场变量相关的弹性模量、内摩擦角及剪胀角；管道承口及插口端面圆心位置创建参考点并与端面建立运动耦合约束，采用Connector单元的BUSHING类型连接上述参考点并赋予与管径相关的接口刚度特性；

步骤3、获取各工况下管道接口的轴向位移数据，对数据进行多元非线性回归分析，得到跨断层管道接口轴向位移预测模型；

步骤4、向跨断层管道接口轴向位移预测模型中输入预测条件，计算得到该条件下管道接口的轴向位移。

优选地，上述<模型构建方法>和<预测方法一>还可以具有以下特征：在步骤1中，启动ABAQUS软件，根据CAE界面方式创建三维有限元模型；赋予土体模型砂土材料属性；赋予管道模型铸铁材料属性并设置壁厚；管道与土体接触面设置通用接触并赋予管道-土体接触属性。

优选地，上述<模型构建方法>和<预测方法一>还可以具有以下特征：在步骤1中，创建2个动力显式分析步，场输出请求管理器中创建位移输出请求；施加载荷和边界条件，包括：在第一个分析步中约束土体侧面及底面的法向位移，施加重力荷载；在第二个分析步中约束土体固定盘侧面及底面的法向位移，在土体运动盘的侧面及底面施加位移荷载。

优选地，上述<模型构建方法>和<预测方法一>还可以具有以下特征：在步骤1中，划分网格，包括：采用S4R单元类型将管道模型划分为四边形单元，采用C3D8R单元类型将土体模型划分为六面体单元。

优选地，上述<模型构建方法>和<预测方法一>还可以具有以下特征：在步骤3中，根据ABAQUS中的CAE方式创建不同工况下跨断层管道的三维有限元模型，将三维有限元模型导出为INP文件；在不启用ABAQUS的情况下，输入命令连接INP文件和VUSDFLD子程序，在后台调用ABAQUS程序进行批量计算；在工作目录下找到并打开.odb结果文件，在场输出选项中输出参考点的位移，得到接口轴向位移发展过程。<预测方法二>

本发明还提供另一种跨断层管道接口轴向位移预测方法，其特征在于：

采用跨断层管道接口轴向位移预测模型预测得到跨走滑断层大管径铸铁管道接口的轴向位移；

其中，跨断层管道接口轴向位移预测模型为：

λ₁＝δ₀cosω(0.8432F_J,slip ^-0.4177)(0.6631d+1.9252) (1)

λ₂＝d₀cosω(1.0139F_J,slip ^-0.2099)(0.3014d+2.0464)-36.9063 (2)

式中：λ代表接口轴向位移，单位为mm；d₀代表断层位移量，单位为mm；ω代表管线与断层交角，单位为°；F_J,slip代表接口初始滑移时的轴向拉力，单位为kN；d代表管道中心线与地面的距离，单位为m。

<装置一>

进一步，本发明还提供了跨断层管道接口轴向位移预测装置，其特征在于，包括：

有限元模型构建部，基于待预测的管道、接口型式、场地条件，采用ABAQUS中的CAE方式创建管道和土体的三维有限元模型，赋予管道、土体材料属性和接口的刚度特性，施加载荷和边界条件；赋予土体模型相应土体材料属性并启用非独立变量和用户定义场，设置2个场变量并根据土体弹性模量随围压变化的特性以及强度参数的峰前硬化峰后软化特性输入与场变量相关的弹性模量、内摩擦角及剪胀角；管道承口及插口端面圆心位置创建参考点并与端面建立运动耦合约束，采用Connector单元的BUSHING类型连接上述参考点并赋予与管径相关的接口刚度特性；

传递关联部，采用ABAQUS的VUSDFLD子程序中的传入变量stress、strain和定义变量stateOld、stateNew进行参数传递，在VUSDFLD子程序自定义区域中，将工程塑性剪应变设置为场变量一，平均有效应力设置为场变量二，在每个计算分析步的开始更新场变量并与土体材料模型关联，实现土体弹性模量随围压变化的特性以及强度参数的峰前硬化-峰后软化特性；

预测模型构建部，获取各工况下跨断层管道接口的轴向位移数据，对数据进行多元非线性回归分析，得到跨断层管道接口轴向位移预测模型；

预测部，向跨断层管道接口轴向位移预测模型中输入预测条件，计算得到该条件下跨断层管道接口的轴向位移；

控制部，与有限元模型构建部、传递关联部、预测模型构建部、预测部均通信相连，控制它们的运行。

<装置二>

更进一步，本发明还提供了另一种跨断层管道接口轴向位移预测装置，其特征在于，包括：

预测模型构建部，构建的跨断层管道接口轴向位移预测模型为：

λ₁＝δ₀cosω(0.8432F_J,slip ^-0.4177)(0.6631d+1.9252) (1)

λ₂＝δ₀cosω(1.0139F_J,slip ^-0.2099)(0.3014d+2.0464)-36.9063 (2)

式中：λ代表接口轴向位移，单位为mm；δ₀代表断层位移量，单位为mm；ω代表管线与断层交角，单位为°；F_J,slip代表接口初始滑移时的轴向拉力，单位为kN；d代表管道中心线与地面的距离，单位为m；

控制部，与预测模型构建部、预测部均通信相连，控制它们的运行。

优选地，上述<装置一>和<装置二>还可以包括：输入显示部，与有限元模型构建部、传递关联部、预测模型构建部、预测部、控制部均通信相连，根据用户输入的操作指令，显示相应的信息；其中，输入的预测条件为断层位移量、管线与断层交角、接口刚度以及埋深，预测部根据用户通过输入显示部输入的预测条件，计算得到接口的轴向位移。

发明的作用与效果

(1)本发明所提供的跨断层管道接口轴向位移预测、模型构建方法及装置，能够准确表征接口轴向和横向非线性力学行为，并且充分考虑了接口刚度特性的影响，能够精确预测跨断层管道接口的轴向位移；

(2)本发明能够有效模拟土体弹性模量随围压变化以及内摩擦角和剪胀角的峰前硬化、峰后软化特性，从而准确捕捉断层错动时剪切带的发展过程；

(3)以上<模型构建方法>、<预测方法一>、<装置一>适用于任意断层类型、接口型式、场地条件的跨断层管道接口轴向位移预测，用户只需要根据相应的工况调整边界条件、材料参数即可；

(3)<预测方法二>和<装置二>中公式1～3所示预测模型能够很好地适用于跨走滑断层大管径铸铁管道，用户只需要输入相应的参数即可准确预测接口位移；

综上，本发明提供了考虑接口非线性力学行为和刚度特性的跨断层管道接口轴向位移预测模型，能够有效反映真实情况，提高数值模拟精度，降低试验成本，对不同工况条件下跨断层分段管道接口轴向位移的评估有着重要的实用价值。

附图说明

图1为本发明实施例涉及的跨断层管道接口轴向位移预测方法的流程图；

图2为本发明实施例涉及的跨走滑断层大管径分段铸铁管道三维有限元模型的示意图；

图3为本发明实施例涉及的砂土强度参数峰前硬化-峰后软化示意图；

图4为本发明实施例涉及的接口三维简化模拟方法示意图；

图5为本发明实施例涉及的铸铁管道接口轴力-轴向位移关系示意图；

图6为本发明实施例涉及的铸铁管道接口弯矩-转角关系示意图；

图7为本发明实施例涉及的有限元模拟结果与试验结果对比图；

图8为本发明实施例涉及的跨走滑断层大管径铸铁管道接口轴向位移预测模型计算结果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的跨断层管道接口轴向位移预测、模型构建方法及装置的具体实施方案进行详细地说明。

<实施例>

如图1所示，本实施例所提供的跨断层管道接口轴向位移预测方法包括以下步骤：

S1：启动ABAQUS软件，如图2所示，根据CAE方式创建三维有限元模型。

在PROPERTY模块中，赋予管道和土体材料属性，铸铁材料弹模设置为96GPa，密度设置为7000kg/m³，泊松比设置为0.3，土体密度设置为1804.3kg/m³，泊松比设置为0.2，土体弹性模量及强度参数的设置启用非独立变量和用户定义场，如图3所示，设置2个场变量并根据网格尺寸、砂土相对密度、砂土残余状态内摩擦角输入与场变量平均有效应力和工程塑性剪应变相关的弹性模量、内摩擦角及剪胀角，与场变量相关的砂土参数具体计算方法如下：

砂土的弹性模量可按下式计算：

式中：p代表平均有效应力，即场变量2，单位为kPa；p_a代表大气压强，取为101.325kPa。

峰前阶段砂土的内摩擦角和剪胀角可按下式计算：

式中：

代表随场变量变化的内摩擦角，单位为°；ψ_mob代表随场变量变化的剪胀角，单位为°；γ_p代表工程塑性剪应变，即场变量1；

代表内摩擦角和剪胀角达到峰值时的工程塑性剪应变；

代表峰值内摩擦角，单位为°；ψ_p代表峰值剪胀角，单位为°；

代表初始内摩擦角，取为29°。

其中，内摩擦角和剪胀角达到峰值时的工程塑性剪应变可按下式计算：

式中：

代表内摩擦角和剪胀角达到残余状态时的工程塑性剪应变；I_D代表相对密度，取为80％；t_FE代表划分网格尺寸，取为200mm。

峰值内摩擦角和峰值剪胀角可按下式计算：

式中：

代表残余状态内摩擦角，取为31°。

峰后阶段砂土的内摩擦角和剪胀角可按下式计算：

在STEP模块中，创建2个动力显式分析步，动力显示分析模块可以避免土体网格发生大变形时导致的不收敛问题，场输出请求管理器中创建位移输出请求。

在INTERACTION模块中，设置相互作用属性，图2所示管道与土体的接触面设置通用接触并赋予管道-土体接触属性，法向接触行为“硬接触”，切向接触行为“罚摩擦”，摩擦系数设置为0.7，如图4所示，在管道承口及插口端面的圆心位置创建参考点并与端面建立运动耦合约束，采用Connector单元的BUSHING类型连接上述参考点并赋予图5和图6所示的接口刚度特性，其中，接口初始滑动时的轴力和弯矩可按下式计算：

F_J,slip＝πD_osd_LC_A (1-10)

式中：D_os代表管道外径，单位为m；d_L代表接口粘结长度，取为0.057m；C_A代表接口粘结力，单位为Pa，其均值为1.63MPa，标准差为0.49MPa。

在LOAD模块中，施加载荷和边界条件，第一个分析步约束土体侧面及底面的法向位移，施加重力荷载，第二个分析步约束图2所示土体固定盘侧面及底面的法向位移，图2所示土体运动盘的侧面及底面施加位移荷载。

在MESH模块中，划分网格，采用S4R单元类型将图2所示管道模型划分为四边形单元，采用C3D8R单元类型将图2所示土体模型划分为六面体单元。

在JOB模块中，将三维有限元模型导出为INP文件。

S2：在本发明实施例中，间接使用ABAQUS自带的子程序VUSDFLD通过传入变量stress、strain和定义变量stateOld、stateNew进行参数传递，在每个分析步更新场变量并与砂土材料模型关联，实现砂土强度参数的峰前硬化-峰后软化特性。VUSDFLD子程序中固定的格式如下：

subroutine vusdfld(nblock,nstatev,nfieldv,nprops,ndir,nshr,jElem,kIntPt,kLayer,kSecPt,stepTime,totalTime,dt,cmname,coordMp,direct,T,charLength,props,stateOld,stateNew,field)

include'vaba_param.inc'

dimension jElem(nblock),coordMp(nblock,*),direct(nblock,3,3),T(nblock,3,3),charLength(nblock),props(nprops),stateOld(nblock,nstatev),stateNew(nblock,nstatev),field(nblock,nfieldv)

character*80cmname

parameter(nrData＝6)

character*3cData(maxblk*nrData)

dimension rData(maxblk*nrData),jData(maxblk*nrData)

用户定义代码U

return

end

在VUSDFLD子程序自定义区域中利用Fortran语言编写程序，在每个增量步更新场变量并传入ABAQUS，其中，平均有效应力和工程塑性剪应变增量可按下式计算：

式中：σ₁₁、σ₂₂和σ₃₃代表每个增量步的应力张量，单位为kPa；

代表最大塑性主应变增量；

代表最小塑性主应变增量。

为验证所构建的三维有限元模型的有效性及准确性，将有上述限元模拟结果与康奈尔大学进行的足尺试验结果(Argyrou C,O’Rourke TD,Stewart HE,Wham BP.Large-scale fault rupture tests on pipelines reinforced with cured-in-placelinings.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 2019；145(3):04019004)进行对比，试验对象为管段长度3.66m、埋深850mm的公称直径150mm的球墨铸铁分段管道，断层类型为走滑断层，断层跨管段中心，管线与断层交角为50°，接口轴向最大抗拉强度为0.9kN，抗弯刚度忽略不计。图7所示为断层面两侧接口的轴向位移随断层面位移量增加的变化过程以及断层位移量为140mm时管道的轴力分布，图中点集为试验记录结果，实线为有限元模拟结果，有限元结果与试验结果吻合良好，证明了有限元模型的有效性及准确性。

S3：根据ABAQUS的CAE方式创建不同工况下的跨断层分段铸铁管道三维有限元模型并导出为INP文件，断层面跨管道接口，管线与断层交角范围从40°到80°，接口粘结力的超越概率从10％到90％，管道公称直径范围从900mm到1500mm，管道中心线到地面距离随管径变化，范围从1.3m到3m。

为提高计算效率，在不启用ABAQUS的情况下，将INP文件和子程序放在同一工作目录下，输入命令连接INP文件和VUSDFLD子程序，在后台调用ABAQUS程序进行三维有限元计算，具体调用格式为：

cmd/c abaqus job＝“job-name”user＝“sub-name”int

其中，job-name为INP文件名；sub-name为子程序名，不需要加后缀。

在工作目录下找到并打开.odb结果文件，在场输出选项中输出各接口处参考点的位移以及土体的错动位移，即可得到接口的轴向位移发展过程。

S4：统计所有工况下的断层位移量、管线与断层交角、接口刚度、埋深以及接口轴向位移，得到约1000组数据点，通过MATLAB的nlinfit函数进行多元非线性回归分析，得到图8所示考虑接口刚度特性的跨走滑断层大管径铸铁管道接口轴向位移预测模型为：

λ₁＝δ₀cosω(0.8432F_J,slip ^-0.4177)(0.6631d+1.9252) (4-1)

λ₂＝δ₀cosω(1.0139F_J,slip ^-0.2099)(0.3014d+2.0464)-36.9063 (4-2)

式中：λ代表接口轴向位移，单位为mm；δ₀代表断层位移量，单位为mm，ω代表管线与断层交角，单位为°，F_J,slip代表接口初始滑移时的轴向拉力，单位为kN，d代表管道中心线与地面的距离，单位为m。

基于考虑接口刚度特性的跨断层管道接口轴向位移预测模型，输入断层位移量、管线与断层交角、接口刚度以及埋深，即可得到接口的轴向位移。

本实施例通过Connector单元的BUSHING类型连接与管道承口、插口端面运动耦合的参考点简化模拟接口，有效解决了现有接口三维简化模拟方法难以准确表征接口轴向刚度及非线性力学行为的问题。通过ABAQUS自带的子程序VUSDFLD进行参数传递，在每个分析步更新场变量并与砂土材料模型关联，实现砂土弹性模量随围压变化以及强度参数的峰前硬化-峰后软化特性，有效解决了现有跨断层分段管道三维模型难以准确捕捉断层错动时剪切带发展过程的问题。针对跨断层分段铸铁管道的不同工况进行了批量有限元建模，对计算结果进行多元非线性回归分析，得到了考虑接口刚度特性的跨断层管道接口轴向位移预测模型，有效解决了现有预测模型未考虑接口刚度，难以准确评估地面荷载作用下管道接口轴向响应的问题。本实施例所提的三维有限元模拟方法适用于任意接口型式跨断层分段管道接口响应的评估，节约了试验所需的人力物力资源。本实施例得到了考虑接口特性的跨断层管道接口轴向位移预测方法，通过该方法可以高效地预测跨断层管道接口的轴向位移，为跨断层管道的防灾减灾设计提供参考依据。

进一步，本实施例还提供了能够自动实现上述方法的跨断层管道接口轴向位移预测装置，该装置包括有限元模型构建部、传递关联部、预测模型构建部、预测部、输入显示部以及控制部。

有限元模型构建部基于待预测的跨断层管道、接口型式、场地条件，采用ABAQUS中的CAE方式创建管道和土体的三维有限元模型，赋予管道、土体材料属性和接口的刚度特性，施加载荷和边界条件；赋予土体模型砂土材料属性并启用非独立变量和用户定义场，设置2个场变量并根据砂土弹性模量随围压变化的特性以及强度参数的峰前硬化峰后软化特性输入与场变量相关的弹性模量、内摩擦角及剪胀角；管道承口及插口端面圆心位置创建参考点并与端面建立运动耦合约束，采用Connector单元的BUSHING类型连接上述参考点并赋予与管径相关的接口刚度特性。

传递关联部采用ABAQUS的VUSDFLD子程序中的传入变量stress、strain和定义变量stateOld、stateNew进行参数传递，在VUSDFLD子程序自定义区域中，将工程塑性剪应变设置为场变量一，平均有效应力设置为场变量二，在每个计算分析步的开始更新场变量并与砂土材料模型关联，实现砂土弹性模量随围压变化的特性以及强度参数的峰前硬化-峰后软化特性。

预测模型构建部获取各工况下跨断层管道接口的轴向位移数据，对数据进行多元非线性回归分析，得到跨断层管道接口轴向位移预测模型。

预测部向跨断层管道接口轴向位移预测模型中输入预测条件，计算得到该条件下跨断层管道接口的轴向位移。输入的预测条件可以为断层位移量、管线与断层交角、接口刚度以及埋深。

输入显示部根据用户输入的操作指令，显示相应的信息。例如，用户可通过输入显示部输入的预测条件，并可通过输入显示部显示构建的模型和预测的结果等。

控制部与有限元模型构建部、传递关联部、预测模型构建部、预测部、输入显示部均通信相连，控制它们的运行。

以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的跨断层管道接口轴向位移预测、模型构建方法及装置并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims

1.跨断层管道接口轴向位移预测模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、基于待预测的管道、接口型式、场地条件，采用ABAQUS中的CAE方式创建管道和土体的三维有限元模型，赋予管道、土体材料属性和接口的刚度特性，施加载荷和边界条件；赋予土体模型相应土体材料属性并启用非独立变量和用户定义场，设置2个场变量并根据土体弹性模量随围压变化的特性以及强度参数的峰前硬化峰后软化特性输入与场变量相关的弹性模量、内摩擦角及剪胀角；管道承口及插口端面圆心位置创建参考点并与端面建立运动耦合约束，采用Connector单元的BUSHING类型连接上述参考点并赋予与管径相关的接口刚度特性；

步骤3、获取各工况下管道接口的轴向位移数据，对数据进行多元非线性回归分析，得到管道接口轴向位移预测模型。

2.跨断层管道接口轴向位移预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤3、获取各工况下管道接口的轴向位移数据，对数据进行多元非线性回归分析，得到管道接口轴向位移预测模型；

步骤4、向跨断层管道接口轴向位移预测模型中输入预测条件，计算得到该条件下跨断层管道接口的轴向位移。

3.根据权利要求1所述的跨断层管道接口轴向位移预测模型构建方法或权利要求2所述的跨断层管道接口轴向位移预测方法，其特征在于：

其中，在步骤1中，启动ABAQUS软件，根据CAE界面方式创建三维有限元模型；赋予土体模型砂土材料属性；赋予管道模型铸铁材料属性并设置壁厚；管道与土体接触面设置通用接触并赋予管道-土体接触属性。

4.根据权利要求1所述的跨断层管道接口轴向位移预测模型构建方法或权利要求2所述的跨断层管道接口轴向位移预测方法，其特征在于：

其中，在步骤1中，创建2个动力显式分析步，场输出请求管理器中创建位移输出请求；

施加载荷和边界条件，包括：在第一个分析步中约束土体侧面及底面的法向位移，施加重力荷载；在第二个分析步中约束土体固定盘侧面及底面的法向位移，在土体运动盘的侧面及底面施加位移荷载。

5.根据权利要求1所述的跨断层管道接口轴向位移预测模型构建方法或权利要求2所述的跨断层管道接口轴向位移预测方法，其特征在于：

其中，在步骤1中，划分网格，包括：采用S4R单元类型将管道模型划分为四边形单元，采用C3D8R单元类型将土体模型划分为六面体单元。

6.根据权利要求1所述的跨断层管道接口轴向位移预测模型构建方法或权利要求2所述的跨断层管道接口轴向位移预测方法，其特征在于：

其中，在步骤3中，根据ABAQUS中的CAE方式创建不同工况下跨断层管道的三维有限元模型，将三维有限元模型导出为INP文件；

在不启用ABAQUS的情况下，输入命令连接INP文件和所述VUSDFLD子程序，在后台调用ABAQUS程序进行批量计算；

在工作目录下找到并打开.odb结果文件，在场输出选项中输出参考点的位移，得到接口轴向位移发展过程。

7.跨断层管道接口轴向位移预测方法，其特征在于：

其中，跨断层管道接口轴向位移预测模型为：

λ₁＝δ₀cosω(0.8432F_J,slip ^-0.4177)(0.6631d+1.9252) (1)

λ₂＝δ₀cosω(1.0139F_J,slip ^-0.2099)(0.3014d+2.0464)-36.9063 (2)

式中：λ代表接口轴向位移，δ₀代表断层位移量，ω代表管线与断层交角，F_J,slip代表接口初始滑移时的轴向拉力，d代表管道中心线与地面的距离。

8.跨断层管道接口轴向位移预测装置，其特征在于，包括：

预测部，向所述跨断层管道接口轴向位移预测模型中输入预测条件，计算得到该条件下跨断层管道接口的轴向位移；

控制部，与所述有限元模型构建部、所述传递关联部、所述预测模型构建部、所述预测部均通信相连，控制它们的运行。

9.跨断层管道接口轴向位移预测装置，其特征在于，包括：

λ₁＝δ₀cosω(0.8432F_J,slip ^-0.4177)(0.6631d+1.9252) (1)

λ₂＝δ₀cosω(1.0139F_J,slip ^-0.2099)(0.3014d+2.0464)-36.9063 (2)

式中：λ代表接口轴向位移，δ₀代表断层位移量，ω代表管线与断层交角，F_J,slip代表接口初始滑移时的轴向拉力，d代表管道中心线与地面的距离；

控制部，与所述预测模型构建部、所述预测部均通信相连，控制它们的运行。

10.根据权利要求8或9所述的跨断层管道接口轴向位移预测装置，其特征在于，还包括：

输入显示部，与所述有限元模型构建部、所述传递关联部、所述预测模型构建部、所述预测部、所述控制部均通信相连，根据用户输入的操作指令，显示相应的信息；

其中，输入的预测条件为断层位移量、管线与断层交角、接口刚度以及埋深，所述预测部根据用户通过所述输入显示部输入的预测条件，计算得到接口的轴向位移。