给水管道在服役过程中,由于管身漏损、雨水冲刷、施工扰动等因素易在管道下方形成侵蚀坑,管道产生较大的弯曲变形或管口转动易引发管道失效,给社会带来严重的经济损失和不良影响。管道应力变化是直接反应管道安全状况的参量指标,也是管道可靠度评估的基础,对管道的安全性具有重要意义。本文采用数值模拟研究侵蚀坑影响下给水管道应力变化规律,分析关键影响因素,在此基础上利用人工智能算法计算管道可靠度,评估其失效概率,为实际工程中进行管道应力状态的监测和安全评估提供重要的理论参考。本文主要研究工作和成果如下:以市政工程中给水管道为研究对象,利用ABAQUS有限元软件建立了三维管-土非线性有限元模型。将数值模拟结果分别与基于材料力学的环向应力解析解和Winkler理论的纵向弯曲应力理论解对比,发现数值模拟结果与理论解吻合较好,进而验证了有限元模型的可靠性。建立聚氯乙烯管、球墨铸铁管的管-土有限元模型,分析侵蚀坑大小及相对位置对管道应力的影响,模拟结果表明:随着侵蚀坑轴向长度的增加,管道的应力变化较大,尤其是弯曲应力变化明显;随着侵蚀坑横向深度增加,弯曲应力无明显改变;侵蚀坑环向角度90°为应力变化的临界角度;侵蚀坑位于管底位置时对管道应力的影响大于管侧、管腰位置。进一步,采用控制变量法分析侵蚀坑作用下其他因素与管道应力之间的相关关系,发现各因素对管道应力的影响从大到小依次为温差、管径、内压、埋深、土体特性。以有限元模拟结果作为神经网络训练样本,建立能正确映射基本参量与响应量非线性关系的应力预测模型。运用蒙特卡洛法对基本参量进行2×10⁵次随机抽样作为预测样本输入,代入网络预测模型输出2×10⁵个响应量。结合管道失效的极限状态方程,由伯努利大数定律计算得到管道失效概率为0.37×10^-3,低于目标失效概率。进一步,定义敏感性指标分析不同基本参量对管道失效概率的影响程度。结果表明:侵蚀坑轴向长度对管道失效影响程度最大,其次为管径和壁厚、埋深、管道内压、土体弹性模量。