地下管线-土体动力相互作用试验研究

地下管线在维系现代城市功能和区域经济功能中起着举足轻重的作用。相对于理论研究,地下管线抗震性能的试验研究仍较少。以两个相同设计的层状剪切砂箱模拟土体的边界条件,通过基底输入,分别对地下管线在非一致激励下的动力响应规律进行试验研究。试验中改变管径及管线埋深,调整基底输入的频率和振幅,以考察多种因素的变化对管土相互作用的影响。     

渤海湾软黏土对埋设海底管线约束力的研究

海底管线与地基土体的相互作用在管线设计中至关重要,针对海底管线在温度应力下发生整体屈曲变形时可能产生的竖直向上、水平向及轴向运动,研究地基土体对管线的约束力。结合渤海湾海底地表土质特点选取软黏土开展室内管土相互作用试验,研究不同直径、不同埋置率（上覆土厚与管线直径的比）的管线竖直向上运动、水平向运动以及轴向运动时土体抗力的发挥过程,采用数值方法对模型试验进行模拟,进而将模拟方法扩展应用于对实际工程管线的模拟分析。试验结果表明与管线轴向运动相比,当管线发生竖直向与水平向运动时,其所受土抗力的大小受到管线直径与埋置率的影响显著;综合室内试验数据及数值模拟分析结果,提出了黏土对管线最大约束力及达到最大约束力所需位移的计算公式。     

地震行波作用下三维埋设管线反应分析

本文采用有限元法建立了对任意几何结构的三维连续或带接头的埋设管线进行地震反应分析方法,并编制了计算程序。该方法考虑了管土之间轴向滑移和接头变位的非线性,也考虑了管土间和接头的扭转非线性,可以直接输入地震记录进行计算。通过算例与现有程序和近似解析法作了对比,以验证本程序的正确性。本程序计算精度高、速度快,适合于任意边界条件。     

砂土隧道施工对下卧管线影响的试验和数值模拟分析

对砂土中隧道施工引起管线性状变化进行了室内模型试验,分析了管土相互作用的一些宏观特性,为进一步进行三维颗粒流细观模拟提供必要的参数和宏观依据。在室内模型试验的基础上,建立了隧道垂直下穿既有管线颗粒流分析模型,验证了室内模型试验的宏观现象。在此基础上分析了隧道施工过程中管土相互作用的机理、管周土体的应力与位移以及管线的剪应变和弯矩。分析结果可为工程实践中确定管线加固位置提供理论依据。     

基于可持续发展的市政管线埋设空间预控探索

介绍了进行市政管线埋设空间预控的原因,明确了预控的范围以及尊重规划原则和可持续发展原则,提出市政管线基本埋设空间预控的研究思路和方法,并以实践案例为例对研究思路和方法进行了细致的阐述,最后结合两大预控原则,尝试着制定出市政管线埋设空间预控的规定,可供业内人士参考。     

模型试验软土层制备方法研究

制备均匀软土层是进行土工模型试验的关键步骤.一般情况下,模型试验用土量较大,软土层需要通过重塑的方法制备.本文探讨了利用真空堆载预压制备模型试验软土层的方法.通过在模型试验箱内铺设塑料薄膜和排水板可以控制土层的排水路径,改善以往制土土层边界的“硬壳层”效应,消除以往土层“夹心软土”的现象.根据箱内土层强度测试结果,在土层的不同深度选择性的插设排水板,可以有效地协调箱内土层强度的增长速度,改善土层强度的均匀性.     

碎石保护结构防护海底管线的机理及模型试验研究

近海海底管线会在港口锚地处因船舶走锚而受到损害,碎石结构能够防护管线免受走锚的危害,因此研究碎石结构的防护机理对保护管线有重要意义。采用极限平衡方法分析了走锚状态下土楔对形状复杂的商用霍尔锚的作用力,提出了锚冠和锚爪的受力计算模式,采用3种不同几何相似比的模型锚在模型槽中进行了拖锚试验。模型试验的结果与计算结果相互吻合。锚体整体受力分析的结果表明,霍尔锚在从砂土进入碎石保护层后因力矩不平衡引起锚体翻转,使锚爪尖位置上移而远离埋设的管线,从而使管线避免走锚的伤害。该机理也通过模型试验得到验证。此外,不同试验锚重的归一化结果还说明,霍尔锚锚爪在碎石中的稳定入土深度约为爪长的0.45,拖曳力为2.5倍锚重,可为碎石结构设计参考。     

间断级配砂土中管线破损引起的渗流侵蚀模型试验

频发的路面塌陷事故对城市安全造成了巨大威胁,主要原因是地下管线破损引起周围土体的渗流侵蚀,进而产生了地下空洞所致。针对目前常见的地下无压管线破损问题,提出了一种研究间断级配砂土中破损管线周围渗流侵蚀特性的模型试验方法。基于试验中的水土流失变化和受侵蚀区域的发展规律,揭示了间断级配砂土中侵蚀过程可分为快速侵蚀阶段、稳定侵蚀阶段和收敛阶段,土体中由于侵蚀变形产生的松动区和空洞扩展规律与砂土流失变化一致。对比不同工况的侵蚀量和最终侵蚀状态,得到了土体饱和度和水位高度通过影响渗流力而改变侵蚀量和空洞形态,土体级配则决定了可流失细砂含量,从而影响侵蚀量和空洞大小,而当管线破损形状只导致细粒流失时,破损尺寸的增加将增多流失路径数量,进而增大了侵蚀量,但此因素影响较小。     

砂土流滑运动的模型试验研究

砂土流滑发生时,大面积土体高速流动将导致巨大的人员伤亡和财产损失。流滑砂土运动距离、破坏范围的研究可以为抗震减灾提供依据。文章通过砂土流动的室内模型试验,记录了砂土在不同初始状态下的流态化运动过程。然后,选择砂土模型中的特征质点,标定其在构形图中的位置,计算并分析其应变变化情况。研究表明:砂土的流动过程可分为整体流动阶段和局部流动阶段两个阶段。随着砂土流动时间的增长,总应变逐渐增长,应变率先增加后减少。     

地下管线弹塑性屈曲的试验研究

地下管线弹塑性屈曲的试验研究张永洲，曲延安，曲牧（大连理工大学）侯忠良（冶金部建筑研究总院抗震所）前言随着社会经济的发展，地下管道在输水、油、气、煤以及在通信、供电、交通等方面得到广泛的应用，成为现代工业生产和城市的大动脉。因此，人们通常称之为地下生...     

考虑管土共同作用的矩形地埋管道横截面内力计算

采用传递矩阵方法对矩形地埋管道 -土共同作用问题进行了研究 ,通过对刚性矩形管道的共同作用分析与传统结构力学方法计算结果的对比 ,指出了在对刚性管道受力分析时应考虑土的约束作用 ,同时还讨论了模型参数的变化对土与管道相互作用的影响     

深基坑开挖对邻近地埋管线影响分析

 为建立深基坑开挖对邻近地埋管线影响的评估方法,采用FLAC3D分析基坑开挖对邻近不同管径管线的影响。计算结果表明,管径大小对管、土相互作用影响很大;当管径约小于400 mm时,管线基本与土体具有相同的位移;管径大于400 mm时,应考虑管–土相互作用;此外,管线最大曲率、转角、最大应力和弯矩均发生在基坑端角部20%开挖长度的范围内。在数值分析的基础上,给出小管径管线变形受力计算的简化分析方法。     

埋地钢管气密性试验过程温度场的数值模拟

建立埋地钢质管道气密性试验过程温度场模拟的物理模型,确定温度场水平方向与垂直方向的边界条件。采用有限元分析软件,对埋地钢质管道气密性试验过程的温度场分布进行瞬态数值模拟。气密性试验开始阶段,管内气体温度下降较快,埋地管道对土壤温度场的影响范围逐渐增大,1．5h后管内外温度场基本达到稳定,根据数值模拟的结果,拟合得到了温度场达到稳定后管内外温度的关系式,数值模拟结果与试验结果基本吻合。     

跨断层地下管线振动台模型试验研究(Ⅰ)——试验方案设计

本文针对跨断层地下管线的地震破坏特性,设计跨断层地下管线的振动台试验模型。首先根据试验条件,对整个模型体系进行相似比分析,设计了可以模拟走滑断层错动作用的模型土箱;其次对模型材料的物理力学特性进行室内试验,确定模型土的级配曲线和抗剪参数;然后根据管线承受断层作用的数值模拟结果,对传感器进行合理的布置;最后,介绍模型土的成形过程。     

大管径直埋供热管道的工作状态及安全性研究

基于强度理论和弹性稳定理论,给出了不同压力等级、壁厚、公称管径为500～1400mm的直埋热水供热管道局部稳定控制循环温差、最大允许循环温差和屈服温差曲线,建立了管道工作状态分区图,对各区域管道的最大允许安装长度和弹、塑性工作状态进行了研究。提出了在防止大管径直埋供热管道产生局部屈曲的前提下,增大管道最大允许安装长度的措施。     

天然气管网安装质量控制

高压天然气管网是城市能源输送的大动脉,其工程质量的优劣直接关系到公众的安全生活环境及管网的可靠运行。针对安装过程中的一些重点环节,如：材料验收、焊接控制、防腐措施、穿越工程实施、管沟开挖、清管通球等,文章分别进行了分析,提出了相应的安装质量控制要点。此外,还对穿越工程中不合理的压力试验规定提出了看法,为此类管道的安装提供了参考。     

波浪-海床-结构物相互作用离心模型试验及数值模拟

针对波浪-海床-结构物相互作用这一海洋结构物设计中需考虑的重要问题,采用离心模型试验及数值分析模型两种手段进行研究。离心模型试验采用浙江大学自行研制的超重力造波试验装置及ZJU400土工离心机完成,观测到波浪作用下砂质海床内部孔压累积的渐进特性;所采用的数值分析模型基于Biot固结理论,结合可准确描述砂土液化前后力学行为的“交变移动”土体本构模型,可对波浪作用下海床与结构物相互作用及液化现象进行合理模拟。通过与离心模型试验的对比验证该数值模型的有效性,随后利用该模型针对海底埋置管道这一近海区域常见的海工结构物周围土体在波浪作用下的动力响应进行详细分析。结果表明：海底管道的存在会加快管顶及管侧的超静孔隙水压力累积,管道周围土体的弱化及超静孔隙水压力累积导致的额外上浮力两者的耦合作用是海底管道发生上浮的主要原因。     

基于液化后变形分析方法的地下管线上浮反应研究

采用液化后变形分析方法模拟了饱和砂土地基地震时发生的液化流动,研究了地基中地下管线的上浮反应,讨论了管线直径、埋深、地下水位、地基土相对密度等因素对地下管线上浮位移的影响,并对地下管线抗震设计提出了一些建议。