地面沉降荷载对埋地管道安全影响研究

基于ABAQUS有限元软件建立地面沉降荷载作用下含内压管道有限元模型,探究地面沉降荷载作用下含内压管道的应力和变形特征,研究沉降位移和沉降区尺寸对运行状态下埋地管道力学性能的影响规律。该模型综合考虑材料非线性应力应变特征和管土非线性相互作用,较为真实地模拟地面沉降荷载作用下含内压管道的受力情况。研究表明：地面沉降荷载作用下含内压管道最大Mises应力和最大竖直位移均发生在沉降区中心处;管道最大Mises应力随着沉降位移增大而不断增加,其应力增大速率不断降低;沉降区尺寸对管道最大Mises应力的影响没有沉降位移显著。     

市政道路开挖对埋地管道力学行为变化影响

市政道路开挖引起的路面地层沉降是威胁和破坏埋地管道的主要原因之一。因此,研究路面地层沉降下埋地管道的力学行为。讨论了管道参数、土层厚度对埋地管道力学行为的影响。结果表明,在开采过程中,管道的最大Von Mises应力和最大垂直位移位于管道中部。随着开挖长度的增加,Von Mises应力、应变和垂直位移也随之增加。当管道开挖为100 m时,最大垂直位移为0.034 m,仅增加10倍,但此时管道水平位移已达到最大值。随着埋深的增加,埋地管道最大应力也随之增加。当埋深为10 m时,最大应力为117.2 MPa。因此,市政道路开挖时,应考虑土层厚度及管道埋深,进一步降低管道发生应力集中。     

基于ABAQUS软件盾构法隧道施工中埋地管道力学规律研究

为研究盾构法隧道施工作用下埋地管道的力学性能,建立地层、埋地管道和隧道衬砌的整体模型,采用有限元分析软件ABAQUS进行非线性求解。分别模拟了不同管径、壁厚、埋深条件下的埋地管道应力应变状态,得出在不同影响因素下管道Mises应力和纵向位移的变化规律。分析结果表明:在盾构法隧道施工作用下,管径和壁厚对埋地管道应力应变状态有较大影响,管径越大,管道Mises应力越大,纵向位移越小;壁厚越大,管道的Mises应力越小,纵向位移越小;当管道处在隧道上方时,一定埋深范围内,埋深对埋地管道的应力应变状态影响较小,管道的Mises应力和纵向位移随着埋深的增加虽有增加但增加并不明显。     

走滑断层作用下埋地天然气管道性能分析

依托中亚天然气管道D线穿越F8活动断裂带工程,采用有限元研究方法,研究冻土区埋地管线在走滑断层位移作用下的变形问题。结果表明,随着断层位移增加,管道的变形和弯曲程度增大,管道在断层两侧存在应力应变集中。管道径厚比和内压对管道变形应变存在一定影响。     

滑坡带埋地管道力学强度分析

针对西部某滑坡段埋地管道的实际工况环境,开展了滑坡段埋地管道受力的理论分析,由于滑坡带的埋地管道受力非常复杂,因此,用有限元法建立了滑坡段埋地管道与土壤互作用的有限元力学模型,该模型可以方便和准确地模拟埋地管道与土壤的相互作用以及管道不同工况和不同边界条件下的应力和变形。根据该模型,详细地分析和研究了不同斜坡角度和不同滑坡长度下管道内的最大应力、应变的变化,重点分析了西部某段埋地管道的斜坡角度为20?时,管道内的最大应力随滑坡段长度的变化关系,为安全滑坡段长度的设计提供了理论依据,该方法可以在类似的斜坡地段埋地管道中推广应用。     

直埋供热管道应力及热位移的分析

分析直埋敷设供热管道在工作温度循环变化过程中管道应力、热位移等参数的变化特点。通过分析长直管段和短过渡段管段的工作过程中应力、热位移等参数的变化,研究了直埋敷设管道热位移对管道安全的影响。     

PE-RTⅡ直埋供热管道热膨胀的分析

随着塑料管道技术的进步,PE-RT Ⅱ预制直埋保温管适用于供水温度≤75℃、压力≤1.0 MPa的城镇集中供热二级管网。分析直埋供热管道主动轴向力随着温度的变化。根据不同温度下PE-RT Ⅱ管的弹性模量,拟合出弹性模量随管道工作温度而变化的公式。分析表明:工作温度区间为10～75℃时,PE-RT Ⅱ预制直埋保温管的轴向热应力在工作温度为49.26℃时取得最大值。在实例分析中,城镇集中供热二级管网敷设在非机动车道下,地下水位深度为2 m,管道中心线位于地下水位以上,管道与土壤的最小摩擦系数取0.2,管道设计压力为0.8 MPa。分别计算公称外直径为110～450 mm的PE-RT Ⅱ管在3种工作温度75℃、49.26℃、40℃时的管道主动轴向力、直管段过渡段最大长度。实例计算结果表明:相同管径下,随着管道工作温度的降低,PE-RT Ⅱ管的主动轴向力先增加再减小,相应地直管段过渡段最大长度也先增加再减小。在工作温度为49.26℃时,主动轴向力和直管段过渡段最大长度达到最大值。在工作温度为49.26℃时,公称外直径为450 mm的PE-RT Ⅱ管的主动轴向力增大到最大值21 521.92 N,直管段过渡段最大长度增大到最大值4.34 m。单根管长度的PE-RT Ⅱ预制直埋保温管就可以被锚固。在城镇集中供热二级管网中应用PE-RT Ⅱ预制直埋保温管时,可以采用无补偿敷设。     

冻融引起黄土隧道洞口段应力变形分析

通过试验获得了原状黄土冻融后的强度参数,并利用有限元方法分析了冻融对黄土隧道洞口段应力及变形的影响。分析结果表明,在冻融作用下,覆土厚度和冻融次数均会对拱顶位移和拱顶上部土体水平压应力产生影响。覆土厚度越大,隧道在开挖和经历冻融后,拱顶沉降也越大;且冻融第1次后对拱顶沉降影响最大。拱顶上部土体水平压应力最大值随覆土厚度的增加而增大;距拱顶较近土体的水平压应力随冻融次数增加逐渐减小,距拱顶较远土体的水平压应力值随冻融次数增加逐渐增大。     

浅埋隧道下穿建筑物施工对地基沉降影响的研究

福平铁路岱岭段下穿福州外语外贸学院宿舍楼,为探究隧道施工对楼栋地基沉降的影响,通过三维建模模拟采用三台阶临时仰拱法开挖隧道,并监测三个典型断面的围岩应力应变、塑性区及楼栋桩基单元的沉降与水平位移,结果表明:随开挖距离的推进,隧道拱顶位移与地表沉降量逐渐增大,开挖断面处于建筑最下方时增长速率最快,拱顶最大位移为18mm,地基最大沉降量为10.8mm,受上方建筑荷载影响的沉降曲线更"陡峭"。     

多种荷载条件下埋地聚乙烯压力管道的变形特征试验研究

文章建立了覆土荷载作用下埋地聚乙烯压力管道反应的实验模型。通过向管内注入压缩空气和改变管顶以上填覆土的厚度,研究了埋地聚乙烯管在多种荷载条件下的力学响应,分析了不同影响因素(工作压力、覆土厚度、管周土体强度)对埋地聚乙烯管变形的影响。结果表明:覆土荷载和工作压力共同作用下,埋地聚乙烯管最大应变点位于管顶;管周土体强度是影响其变形的敏感因素;管最大应变值大小随覆土厚度改变没有明显变化,随工作压力增大而增大,工作压力和最大应变值两者间具有明显的线性关系。     

过街隧道施工对地下管线影响的三维数值模拟

 采用三维有限元方法分析过街隧道施工引起的相邻地下管线变形和受力,研究路面、管线材质、管线埋深、管线与隧道轴线间距以及管线与土体弹性模量比等因素对地下管线位移的影响,并与实测值进行比较。研究结果表明：有限元模拟结果与实测值较吻合,略大于实测值;路面的存在使浅埋管线的位移变小、沉降槽宽度变窄;隧道开挖引起的管线水平位移远小于竖向位移;与隧道垂直管线的竖向位移和水平位移最大值与管线埋深基本呈线性变化,且随着管线与土体模量比的增大逐渐减小;与隧道平行管线的最大竖向位移和水平位移值均随管线间距和埋深之比(L/h)增大而减小,最大水平位移值与L/h值基本呈线性关系,最大竖向位移值在L/h＜10时迅速增大;管线最大拉应力和压应力均随着L/h值增大而减小,当L/h＜5时急剧增大,当L/h≥5时缓慢减小,且应力值比较小。     

隧道爆破下底部脱空埋地输气管道的动力响应

以下穿兰成渝输气管道的仙女岩隧道爆破为背景,建立包括管道脱空区在内的隧道爆破三维动力有限元模型,研究爆破地震波引起的不同脱空长度下埋地输气管道的动力响应规律.结果表明:埋地管道下部脱空时,爆破振动作用下管道底部的振速峰值和位移峰值均大于管道顶部,且二者沿管道轴线以脱空中心为对称点呈逐渐减小的趋势;随着脱空长度增大,管道...     

富水地层盾构下穿施工引起的管线变形分析

隧道开挖导致的地层的沉降变形会通过外荷载的形式作用于邻近地下管线,使其受力性状发生变化,管线弯曲变形达到一定程度时,刚性管线可能出现裂缝甚至发生断裂.针对这一工程问题,文中以杭州地铁8号线浙江工商大学站-桥头堡站为工程背景,通过控制变量法,分析了盾构下穿埋深为1～6m的Q235钢管、铸铁管、C30混凝土管以及PVC管等...     

考虑随机腐蚀作用的埋地管线地震反应分析

利用齐次马尔可夫过程模拟埋地管线腐蚀的发生,并利用线性腐蚀模型模拟埋地管线腐蚀的发展,将线性腐蚀模型中腐蚀速率考虑为确定性参数,推导给出了管线面积腐蚀率随服役时间变化的概率密度函数,并获得了管线截面面积随服役时间变化的均值和方差。在此基础上,根据弹性地基梁模型,将管线周围土体位移正交展开为余弦级数的形式,获得了地震作用下腐蚀管线位移反应和应力反应的解析表达式。对腐蚀管线地震反应进行线性展开,采用随机摄动理论推导给出了腐蚀管线在地震激励下位移和应力反应的均值和标准差。利用上述分析模型对一根200 m长的埋地管线进行了实例分析,结果表明建议模型可以反映管线面积随服役时间的变化规律,并能反映腐蚀管线在地震作用下位移反应和应力反应的基本概率特征。     

Investigating peak stresses in fitting and repair patches of buried polyethylene gas pipes

Nowadays, polyethylene composes a large number of natural gas distribution pipelines installed under the ground. The focus of the present contribution is two fold. One of the objectives is to investigate the applicability of polyethylene fittings in joining polyethylene gas pipes which are electrofused onto the pipe ends and buried under the ground, by estimating stress distribution using finite element method. The second objective is to study the effectiveness of polyethylene repair patches which are used to mend the defected pipelines by performing a finite element analysis to calculate peak stress values. Buried polyethylene pipelines in the natural gas industry, can be imposed by sever loadings including the soil-structure interaction, traffic load, soil’s column weight, internal pressure, and thermal loads resulting from daily and/or seasonal temperature changes. Additionally, due to the application of pipe joints, and repair patches local stresses superimposed on the aforementioned loading effects. The pipe is assumed to be made of PE80 resin and its jointing socket, and the repair patch is PE100 material. The computational analysis of stresses and the computer simulations are performed using ANSYS commercial software. According to the results, the peak stress values take place in the middle of the fitting and at its internal surface. The maximum stress values in fitting and pipe are below the allowable stresses which shows the proper use of introduced fitting is applicable even in hot climate areas of Ahvaz, Iran. Although the buried pipe is imposed to the maximum values of stresses, the PE100 socket is more sensitive to a temperature drop. Furthermore, all four studied patch arrangements show significant reinforcing effects on the defected section of the buried PE gas pipe to transfer applied loads. Meanwhile, the defected buried medium density polyethylene gas pipe and its saddle fused patch can resist the imposed mechanical and thermal loads of 22°C temperature increase. Moreover, increasing the saddle fusion patch length to 12 inches reduces the maximum stress values in the pipe, significantly.     

Effect of surrounding soil on stress–strain response of buried pipelines under ground loads

In order to determine the stress–strain response of buried pipelines under the ground load, the pipeline–soil coupling finite element model was established. The mechanical behaviours of buried pipelines in the soil stratum and the rock stratum, as well as the effects of surrounding soil's elasticity modulus, Poisson's ratio and cohesion on stress and strain of buried pipelines were investigated. The results show that the maximum von Mises stress, high stress area, axial strain and plastic strain increase with the increasing ground load. Buried pipeline in the soil stratum is more prone to failure than in the rock stratum under the same ground load. The maximum axial compressive strain appears at the bottom of buried pipelines when there is no buckling, and the maximum tensile strain appears on the two sides. High stress area, the axial strain, the plastic strain and the plastic area decrease with the increase of the soil's elasticity modulus and cohesion. But the surrounding soil's Poisson's ratio has a small effect on the stress and strain of buried pipelines under the ground load. The results can provide a theoretical basis and reference for safety evaluation, repair and maintenance of buried pipelines.     

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。     

沟槽开挖对相邻平行埋地管线的影响分析

基于Winker地基模型,采用Abaqus有限元软件建立二维管土相互作用模型,以最大土体侧移为输入条件,管线本身的弯曲应变和接头转角为衡量指标,分析了管径,土体密度,管线接头相对刚度等因素对开挖扰动下管线变形的影响,建立了管线变形和最大土体侧移之间的直接联系,并将这种联系结合管线安全标准绘制成图直观地评价管线的安全性。分析结果表明:管段弯曲应变和接头转角具有反相关性;小管径管线的安全性主要受弯曲应变控制,大管径管线主要受接头转角控制;同时增加接头刚度可以减少管线接头处的破坏。     

隧道竖井施工对邻近管线沉降影响的研究

地铁施工不可避免的要穿越大量既有地下管线,引起周边土体变形,导致管线产生附加应力和变形,对管线的安全使用具有潜在威胁。以北京地铁7号线湾达区间施工竖井为背景,利用FLAC数值分析结合现场实测的方法,探讨了钢支撑、开挖深度、管径、埋深对邻近地埋管线的影响。研究发现:钢支撑对周边环境起着有效的控制作用;随着管径的增大,埋深的增加,管线沉降值呈减小趋势;竖井开挖至一定深度后,随着开挖深度的增加沉降变化明显。并针对竖井施工土体薄弱部位,提出了加固措施,对竖井施工有一定的指导意义。