市政供水管道在使用过程中,会在外部荷载、化学腐蚀和生物作用等多种因素影响下产生裂纹。在内部压力持续作用下易引发裂纹扩展,进而产生爆管现象,对城市生产生活造成不便。本文建立了市政埋地供水管道三维模型,利用向量式有限元壳单元理论模拟了市政供水管道在荷载作用下的裂纹扩展过程。主要研究工作包括:(1)基于向量式有限元壳单元理论,编写了 matlab程序,并通过算例验证了自编程序在模拟构件小变形及大变形情况下的正确性。(2)基于向量式有限元基本假设和概念,确定了一种更高效的方法——边转角法用于计算单元在途径单元内的面内逆向刚体转角。通过刚体运动、小变形、大变形、实际工程情况四个算例验证,该方法在保证计算准确性的基础上,过程简洁,并提高了原有算法的计算效率。(3)将应变能密度因子方法作为断裂准则引入向量式有限元,结合向量式有限元的计算特点,给出了运用该方法在处理断裂问题时特殊问题的解决方法。最后,通过单边裂纹扩展和混凝土梁三点弯曲实验算例验证了此方法在模拟断裂问题上的可行性和准确性。(4)根据实际工程情况建立了市政供水管道三维模型。考虑实际工况下,影响管道开裂的主要因素,分别研究了管道在荷载作用下管道材料、土体脱空区长度、管壁厚度与管道直径比等不同因素对管道纵向裂纹扩展的影响情况。本文充分利用了向量式有限元在处理非连续问题上的过程分析优势,对市政埋地管材的裂纹扩展进行了进一步的研究工作。同时,为向量式有限元二维及三维单元的计算效率的提高确定了 一种更高效的方法。