随着石油天然气需求量的不断增加，为提高输送效率，管道的输送压力和管径也在不断地增大。在管道输送石油天然气过程中，管道的安全性具有重大的现实意义，目前已有的规范和标准主要是依据二维模型（平面应力和平面应变）为理论基础，而随着高强度，高韧性的材料更多的在工程实践中的应用，越来越多的新的破坏现象出现，原有的工程设计标准已经不能满足新材料的设计要求，研究高强管线钢在使用过程的力学性能并为进行管道设计提供依据已成为迫切的需要。为此本文针对X70管线钢含裂纹体的断裂韧性进行了试验、理论和有限元分析研究，主要包括以下内容：采用三维有限元分析不同厚度含有穿透裂纹板的裂纹前沿应力场，研究断裂韧性与板厚度的关系，分析裂纹前沿的三维约束程度和三维约束区的关系。分析结果表明：材料厚度增加时，分层裂纹使得材料的有效厚度和裂端三维应力约束无法增加，因此，并不导致断裂韧性J积分随厚度的增加而单调下降；板的中面Tz最大，自由面Tz＝0，Tz的影响半径大约为板厚的一半左右；J积分沿厚度方向的分布是不均匀的，裂纹起裂位置的J积分值受厚度变化影响很大，因此不能作为材料断裂的客观参量；三维起裂韧性　Jz可以消除厚度对其的影响，统一了不同厚度穿透裂纹的起裂韧性。通过对不同批次的两种X70管线钢进行了不同几何尺寸表面裂纹试样的三点弯曲断裂试验，引入考虑离面约束系数Tz和等效厚度等的三维断裂韧性Jz概念，计算了表面裂纹的J积分和三维断裂韧性Jz，探讨了穿透裂纹的三点弯曲断裂试验数据用于三维表面裂纹体断裂的可行性。试验结果表明：对于所试验的材料，J积分不是客观的断裂评定指标，不能作为管道断裂的控制参量；起裂点并不在J积分最大处，而是在最大三维断裂韧性Jz处；裂纹起裂后并不连续扩展而是严重钝化；裂纹起裂扩展初期，分层并不明显，因此影响较小；表面裂纹的三维起裂韧性与穿透裂纹的三维起裂韧性很接近，这说明三维起裂韧性基本与裂纹形式无关，非穿透裂纹与穿透裂纹的断裂韧性得到了统一。