基于有限元方法的滑坡地段输气管道应力分析

为了保障天然气长输管道的安全运行,需要探寻输气管道穿越滑坡地段的应力分布规律并采取应对措施,为此,采用CAESAR II软件和ANSYS软件对埋地输气管道纵向和横向穿越滑坡段进行了应力分析,并研究了滑坡体的位移量、土壤性质,管道外径、壁厚、内压和管材等对管道应力应变的影响。研究结果表明:1 CAESAR II的应力与位移计算结果均趋于保守,但对分析结果可以进行更为详尽的分析和考虑,而ANSYS软件处理非线性问题更为准确;2纵向滑坡作用下,管线的最大等效应力应变和位移量均出现在弯管处,说明弯管是应力危险截面;3滑坡体位移量越大,管道承受的应力越大,失效的可能性也越大;4径厚比越小,管道安全稳定性越好;5相对于纵向滑坡,横向滑坡则要危险得多,很可能会造成管线的局部屈曲变形甚至拉伸断裂;6处在滑坡区的管道屈曲变形程度很大,因此建议使用浅埋方式穿越滑坡多发地段和古滑坡区。     

高温热油管道在盾构内的敷设方式

高温热油管道在运行时将产生较大的温度应力和膨胀变形,在盾构内由于受到空间限制,很难设置补偿器来吸收管道变形,也无法将巨大温度应力进行完全的锚固。通过对管道温度应力和膨胀变形的分析,提出了采用滚动支座的管道敷设方式,从而解决了管道温度应力和温度变形等问题。     

横穿状态下滑坡对管道推力的计算

滑坡是长输油气管道主要的地质灾害风险之一,滑坡对管道的推力计算是滑坡灾害风险定量评价的重要内容。针对管道横穿均质土滑坡的情况,在对滑坡与管道相互作用过程分析的基础上,利用极限平衡法推导了横穿敷设情况下滑坡对管道推力的计算方法,并利用数值模拟验证了该计算方法的合理性。结合实际案例,进一步分析了管道埋深、直径和滑坡土体内摩擦角、黏聚力、容重等因素对推力的影响,并计算了滑坡推挤导致的管道附加应力。结果表明,管道直径、埋深和滑坡体土体性质是影响推力大小的主要因素;管道能承受的滑坡推力很小,应对滑坡灾害予以足够的重视。     

崎岖海床上管道变形和应力研究

为了准确得到海底管道铺设在崎岖海床上的变形和应力状态,文章采用有限元法进行管道纵断面分析,计算得出了相关曲线。通过与A H M ouselli给出的曲线对比,验证了不同张力条件下海底低洼凹陷和隆起地形对管道应力的影响,数值解略小于M ouselli曲线结果。最后以实际的崎岖海床为例,计算了管道在空管和满油状态下的纵断面变形曲线和弯曲应力。根据得出的管道弯曲应力分布,能够科学合理地给出海床处理方法,保证海底管道的安全。     

管土耦合作用下长输直埋管道沉降分析

为保障管道输送的安全运行,对长输直埋管道的沉降问题展开研究。考虑直埋管道周边土体特征的影响,分析管-土之间的相互作用关系,建立了基于Drucker-Prager弹塑性准则的管土相互作用模型。应用有限单元法建立管土接触三维有限元模型,管道与周边土体采用三维实体单元进行离散,管土相互作用面采用非线性接触单元进行模拟。以某直埋管道为例,分别对管土同步沉降初期和管道局部悬空沉降进行了数值模拟和分析,悬空沉降分析中考虑了管-土初始应力和初始位移的影响,得到管道在不同沉降阶段的应力结果和力学特征;通过模拟不同土体弹性模量,得到了敷设土体特征对管道变形的影响规律。直埋管道有限元模型的建立可实现对长输直埋管道沉降变形研究,为管道的安全性分析提供了参考。     

滑坡作用下输气管道的失效分析及处理措施

为研究滑坡作用下管道与土壤的相互作用,以广西境内西气东输某支线输气管道遭遇滑坡事故发生失效情况为例进行分析。利用CAESARⅡ应力分析软件,对滑坡前后的管道进行了建模和受力分析,得到了滑坡状态下和投产工况下的受力情况,包括管道不同位置的位移载荷和应力超标情况,并采用现场开挖的方式对计算结果进行了验证。最后,总结了管道滑坡段的处理措施。     

燃气管道的水工保护措施

燃气管道的水工保护主要包括水对燃气管道的腐蚀,以及水流冲刷、因水而产生的山体滑坡等地质灾害造成的管道移位变形,形成管道应力影响.本文为保证燃气管道的安全平稳运行,本文参考了有关标准、手册等资料,借鉴了国内燃气管道工程水工保护施工的经验,为防范管道应力影响,提出水工保护措施.     

基于管道应变监测的滑坡灾害预警与防治

因其复杂性、多发性和较强的危害性,滑坡地质灾害是长输油气管道难以回避的重大安全风险之一。作为管道完整性管理的核心技术,管道应变监测和应变分析能够直观、定量地获得地埋工况条件下管体本身的即时应力应变数据,在及时发布承灾体（管道）变形预警的同时,还可以对致灾体（滑坡灾害）的治理过程进行指导和评价灾害治理的实际效果,从而给运营商带来明显的减灾效益。为此,以某天然气管道的受灾管段为例,进一步阐明了管道应变监测的应用方法和在治理中的实际效果,论证了管道应变监测及其分析技术的适用性和可靠性,为长输油气管道地质灾害防御提供了一个新的、有效的技术思路。     

水网地区漂浮输气管道应力分析

水网地区输气管道在汛期会产生不与河床接触的局部漂浮管段,管道在动水作用力、浮力、重力及岸边土体抗力的共同作用下发生空间弯曲变形。为得出管道在局部漂浮时的应力分布情况,建立水流作用下漂浮管道的力学模型,采用CAESARⅡ有限元软件对管道进行数值模拟。结合管线工程实例进行分析,得到管道应力分布和变形情况及危险点的位置。漂浮管道的力学行为受诸多因素影响,分析管道最大当量应力随影响因素的变化规律,对水网地区输气管道的日常维护和制定抢险方案具有重要的参考意义。     

堆载体诱发滑坡与油气管道相互作用的风险防控方法研究

随着人类工程活动日益强烈，堆载体诱发的滑坡逐渐增多。为降低堆载体诱发滑坡对油气管道建设及安全运营的危害，亟待研究其发育机制及风险防控方法。通过资料搜集、现场调查、室内试验、物理模拟及理论分析，归纳总结了油气管道区堆载体特点及其诱发滑坡的发育阶段，提出了堆载体诱发滑坡与油气管道的相互作用机制及其风险防控方法。结果表明：堆载体诱发滑坡的发育阶段与油气管道变形具有对应关系，即在沉降压密阶段油气管道为弹性变形，从蠕变挤压阶段开始管道进入塑性变形；堆载体诱发滑坡的防控应采用尽早、尽小的原则。     

基于滑坡区域的不同土质埋地输气管道安全评价

滑坡是威胁埋地管道安全的地质灾害类型之一。随着管道建设的不断发展,管道不可避免的会穿越滑坡频发区域,为了保障管道安全,避免不必要的经济损失,有必要对滑坡作用下的管道进行安全评价。不同土质的滑坡土体对管道造成的影响不尽相同。结合工程实例,选择FLAC 3D有限差分软件,将不同滑坡土质下管道临近屈服强度时模拟得到的滑坡体位移及管道位移进行比较,研究不同滑坡体土质对管道可靠性的影响。结果表明:整个滑坡体的位移量大致沿滑动方向逐渐减小,最大值位于滑床后缘,其中,由于管道的存在,靠近管道上方的滑坡体合位移量相对较小;埋地管道的最大变形出现在管道穿越滑体的中间部位;滑坡土质为黏土情况下的埋地管道最为危险。     

Stress analysis on large-diameter buried gas pipelines under catastrophic landslides

This paper presents a method for analysis of stress and strain of gas pipelines under the effect of horizontal catastrophic landslides. A soil spring model was used to analyze the nonlinear characteristics concerning the mutual effects between the pipeline and the soil. The Ramberg–Osgood model was used to describe the constitutive relations of pipeline materials. This paper also constructed a finite element analysis model using ABAQUS finite element software and studied the distribution of the maximum stress and strain of the pipeline and the axial stress and strain along the pipeline by referencing some typical accident cases. The calculation results indicated that the maximum stress and strain increased gradually with the displacement of landslide.The limit values of pipeline axial stress strain appeared at the junction of the landslide area and non-landslide area. The stress failure criterion was relatively more conservative than the strain failure criterion. The research results of this paper may be used as a technical reference concerning the design and safety management of large-diameter gas pipelines under the effects of catastrophic landslides.     

冻土区横向滑坡对埋地管道应变的影响研究

为研究冻土区横向滑坡对管道应变的影响,采用ABAQUS有限元软件建立冻土区管道横向通过滑坡的模型,研究了山体高度、滑坡位移和滑坡宽度对管道应变的影响规律,得到如下结论:冻土区山体滑坡时,横穿管道所受的轴向应变主要为拉应变,最大应变在滑坡与非滑坡交界面,是危险截面;管道应变随山体高度、滑坡位移和滑坡宽度的增加而增大;冻土区管道敷设不宜超过高55 m的山体,因为该高度山体滑坡后,埋地管道可能快速发生塑性变形,山体高度对管道应变影响最大为44.0%;低矮山体滑坡位移对管道应变影响更明显,应变增量可高达1倍;滑坡宽度对管道应变的影响最大为27.0%,但滑坡宽度为20 m时,管道应变突增,建议每隔20 m左右设置抗滑桩,山体越高,防护措施布置应更紧密。研究结果可为冻土区埋地管道的施工建设提供理论依据。     

输气管道高强度试压全尺寸爆破实验

针对国际上输气管道普遍采用高强度试压的趋势,通过含缺陷管道全尺寸爆破实验及大量统计数据,分析了高强度试压对管道塑性变形及管道承压能力逆转的影响。研究结果表明,对于新建管道,当管道试压产生的环向应力为100％～110％SMYS（规定的最小屈服强度）时,管道不会产生较大的塑性变形,高强度试压引起管道的承压能力逆转量不大。该研究成果可为我国适当提高管道试压压力提供一定的实验数据支持。     

Strain-based design for buried pipelines subjected to landslides

Landslides are one of the key problems for stability analysis of pipelines in the western region of China where the geological conditions are extremely complicated.In order to offer a theoretical basis...     

采空塌陷区管道最大轴向应力计算及统计分析

采空塌陷对埋地油气管道的安全完整性构成了严重威胁。为此,在分析采空塌陷区管道变形基本特征和简化采空塌陷区管道半空间受力分析模型的基础上,对非沉陷区和沉陷区分别构建了计算模型,计算了不同工况条件下不同塌陷区长度、不同沉降量所对应的管道内部最大轴向应力,根据相关规范并采用最小二乘法,分别得出了只考虑管道内压不考虑强度折减系数和既考虑管道内压也考虑强度折减系数的沉陷区长度与对应的管道极限下沉量的统计关系,并得出以下结论：①在开采沉陷区,当没有发生塌陷时,埋地管道所承受的应力主要是其内压产生的轴向拉应力;②而当发生塌陷时,埋地管道所承受的应力主要是其内压和因塌陷产生的管道轴向拉应力之和;③在沉降区边缘的管道上部承受的应力值最大,其次是沉陷中心的管道下部,并承受着拉伸应力;④沉降盆地边缘的管道下部和沉陷中心的管道上部承受着压缩应力。     

洪水中悬跨管道加装防护索的力学行为及布索方案

埋设在河流中的油气管道在洪水的冲刷作用下,容易漂浮于洪水中而形成悬跨,洪水对裸露管道的冲击作用很大,管 道易发生显著弯曲变形,其中部分管道由于强烈的洪水冲击而有可能断裂,进而造成严重的后果。为了给悬跨管道在洪水载荷作用 下的安全防护提供参考,根据洪水中漂浮管道的受力特点,建立了悬跨管道加装防护索的静力学线性分析模型和非线性有限元模型, 通过算例分析了不同管道悬跨长度、洪水流速下防护索的加装角度和位置对管道变形与应力的影响,进而提出了一种临时的水工保 护措施：①管道受洪水冲刷作用形成悬跨后,在管道受冲击一侧加装两条对称的临时防护索;②防护索最优的加装位置为管道悬跨 长度的1/4 处,其方向与管道夹角为60°。最后以API 标准X70 钢Ø1 016 mm 天然气管道悬跨不同跨度为例,探讨了防护索最小 许用截面积的影响因素和确定方法。结论认为：悬跨管道加装防护索后显著降低了管道的应力水平,为悬跨管道在洪水载荷作用下 的安全防护及现场抢修工程提供了解决方案。     

悬索式管桥应变影响因素研究

悬索式管桥的管道在风险状态下受力会产生变形,而管道的变形与力学安全相关。以长庆油田的悬索式管桥为原型,建立了悬索式管桥的模拟试验系统,详细研究了管道内流体体积流量、外加集中载荷和吊索断裂3种因素对管道应变的影响。试验结果表明,在不同体积流量下,管道应变曲线的变化趋势是一致的。在一定载荷内,管道的应变随集中载荷的增大而增大,管道的应变曲线成类似于正弦波的形状,且周期无明显变化。管道的最大应变发生在集中载荷作用点处。隔组破坏5组吊索后,管道仍未发生严重变形,证明悬索式管桥具有较好的稳定性。