轴向冻融滑坡对埋地管道的应力影响分析

冻融循环是冻土区埋地管道主要的安全隐患,它不仅给管道带来额外的应力,而且会改变地形结构特殊区域原有的地质特性,在特定的条件下造成地质灾害的发生。系统研究了因冻土融化而产生的冻融滑坡给管道应力带来的影响,而且分析了不同位置的轴向滑坡对管道应力的影响。通过模拟分析可知,不同位移的轴向滑坡对管道应力产生的影响差异很大;改变滑坡的位置,对管道的应力也会产生较大的影响。对受冻融滑坡影响的管道进行的模拟分析结果,可很好地反映应力变化情况,可为冻土区埋地管道的施工建设提供理论依据。     

横向冻融滑坡对埋地管道应力影响的数值模拟

由于冻土的性质与结构复杂,对温度的影响较为敏感,因此,冻土区埋地管道极容易受到冻土变化的 影响。冻融循环对冻土区埋地管道的安全有很大的影响,对地形结构特殊的区域,冻融循环会改变原有的地质特 性,在特定的条件下造成地质灾害的发生。研究了由于冻土融化沉积产生的横向冻融滑坡给管道带来的应力影响, 并对不同位置的横向滑坡及对管道的影响程度进行了分析。通过研究发现,不同位置的横向滑坡对管道产生的应 力影响差异很大。对受横向冻融滑坡影响的管道进行模拟分析,可很好地反映应力的变化情况,为冻土区埋地管道 的施工建设提供理论依据。     

冻土区融沉滑坡对埋地管道的应力影响

位于冻土区斜坡带的埋地管道,当冻土发生融沉现象时,因土体沿斜坡向坡底滑动形成冻融滑坡,其应力分布受到很大影响,可能会导致管道应力集中甚至塑性变形的现象。针对位于角度不同的冻土区斜坡带的埋地管道,当管道受到冻土融沉和冻融滑坡影响时,对管道的应力变化情况进行了数值模拟,分析了斜坡带埋地管道的应力分布,研究了斜坡角度和融沉长度对管道应力的影响。研究发现,受到融沉滑坡影响,管道不同位置呈现不同的应力形式,且斜坡角度影响不同位置管道所产生的应力。研究结果可为埋地管道的安全运行与施工建设提供理论依据。     

冻土参数对斜坡段埋地管道应力影响的数值模拟

当冻土周围温度发生变化时,土体含水率会随之改变,而此时冻土的内摩擦角、内聚力和重度都会相 应地发生变化。对处在斜坡段的埋地管道,随着冻土的融化,土体产生沿斜坡方向向下的摩擦力,使管道受到额外 的拉应力。为了正确认识冻土参数对管道应力的影响,为确定科学有效的管道防害方法提供依据,针对发生冻融滑 坡时土体各参数对管道应力的影响进行了模拟计算及分析。结果表明,当发生冻融滑坡时,随着土体内聚力与冻土 重度的增加,管道所受应力变大;随着土体内摩擦角的增加,管道所受应力减小;冻土内摩擦角对管道应力的影响 大,冻土重度次之,冻土内聚力对管道应力的影响最小。     

埋地管道周围土壤水热耦合温度场的数值模拟

冻土区埋地管道遇到的最常见问题是冻害破坏, 研究埋地管道发生冻害及其科学有效的防止方法,首先应预测埋地管道周围冻土冻融过程中温度场的变化及温度场与水分场的变化关系。用有限单元法对埋地管道周围温度场进行了数值模拟, 计算中考虑了土壤中水分迁移和相变对温度的影响, 给出了不同时刻埋地管道周围温度分布。对计算结果分析表明, 水分迁移和相变对土壤的传热有一定影响.     

埋地管道在地震波作用下受力模型研究

基于弹性地基梁模型和波动理论,将地震波简化为正弦波,管土之间以弹簧连接,建立了埋地管道的轴向受力模型、横向受力模型、扭转受力模型及考虑组合变形下的组合受力模型.然后研究了地震烈度、管径、场地类别对管道轴向应力、横向应力、扭转应力和组合应力的影响.研究结果表明:地震烈度越大,管道越容易破坏;采用大管径管道或者将管道埋设在...     

地裂缝环境下SRTP埋地管道性状

摘 要:以陕西西安市政工程中SRTP埋地管道30°斜交穿越地裂缝带为工程背景,基于足尺模型试验和数值模拟计算,研究了地裂缝沉降作用下埋地管道的变形与受力特点。结果表明:地裂缝沉降作用下,SRTP埋地管道沉降位移明显小于或滞后于地层变形,其沉降变形特征具有明显的“衰减效应”;地裂缝作用下,SRTP埋地管道受力变形模式为拉张-挤压弯曲变形模式,位于地裂缝上盘的管道顶部受压应力、底部受拉应力,而位于下盘的管道顶部受拉应力、底部受压应力,具有反对称现象,SRTP埋地管道适应地裂缝大变形的能力较强;地裂缝沉降作用对SRTP埋地管道的纵向影响长度为3.0 m,即上盘1.8 m和下盘1.2 m,在此范围内管道需要采取适当保护措施;地裂缝沉降作用下,管道沿纵向可划分为3段,即上盘沉降段、脱空段和下盘翘曲段,其中,脱空段范围约为1.2 m。     

交通荷载作用下埋地管道应力分析与现场测试

为研究交通荷载作用下管道结构的力学响应特性,应用线弹性力学理论,将车辆轴载下埋地管道的静力计算问题分解成3个部分依次求解：基于Boussinesq解答的管顶附加土压应力计算,基于Winkler弹性地基梁模型的管道纵向应力计算,基于Iowa公式的管道环向应力计算. 在此基础上探讨轮压、管道埋深、轮-管水平距离、管-土相对刚度、土壤阻力模数等参数对埋地管道力学性状的影响规律. 此外,应用光纤光栅传感器,对某供水管道在车载作用下的应变响应进行现场测试. 理论计算方法和测试结果对比分析表明：采用该传感器监测管道表面应变具有较高的精度和灵敏度;管顶轴向应变峰值对车速的不敏感;采用静力计算方法分析车辆荷载作用下埋地管道的应力问题具有合理性．     

滑坡碎屑流纵向作用下埋地管道变形分布预测

为保证滑坡碎屑流作用下埋地燃气管道安全运行,基于热-弹塑性理论,采用管-土耦合方法建立了管-土变形分析模型,模拟分析了埋地天然气管道的轴向应变分布规律。基于埋地天然气管道应变分布特征,通过非线性拟合方法,确定了管道轴向应变分布预测模型。研究结果表明：滑坡碎屑流作用下土壤变形区域主要为碎屑流作用区及其附近区域,滑坡碎屑流前部区域土壤变形明显大于后部区域;管道主要为弯曲变形,管土之间变形并不同步,土壤变形明显大于管道变形;在各个路径上,管道既存在拉应变,又存在压应变,而滑坡碎屑流作用区域,在管道底部和顶部路径上分别取得轴向拉压应变极值;碎屑流宽度、厚度对管道应变分布范围影响有限,应变分布范围随着碎屑流长度增加显著扩张,其中碎屑流影响区域范围是碎屑流作用区长度的3倍左右;而管道应变分布预测模型仅与μ、σ、a₁参数相关,仅需3个位置的轴向拉压应变数据,即可确定该区域管段轴向拉压应变分布。上述研究成果将为管道滑坡灾害下管道应变分布的确定提供重要理论依据。     

永冻区埋地热油管道热力计算

埋地热油管道通过永冻地带时,会导致土壤解冻,进而导致管道沉陷和土壤物性参数变化。分析管道周围土壤融化圈变化对管道系统的设计,施工和管理是必需的。考虑热油管道对其周围土壤的影响和半无穷大土壤的传热,提出了描述永冻地区土壤融化圈变化的数学模型。通过一定的数学处理得到了计算融化圈的特征线方程,并采用差分法进行求解特征线方程,获得了满意的结果。计算分析表明,这一方法是可行的。     

滑坡作用下输气管道受力分析

以川气东送管道铺设中的管道横穿罗针田滑坡工程为背景,建立管道横穿滑坡情况下的力学模型,并采用静力学解析计算的方法对管道变形、受力状态进行分析研究,获得了滑坡位移、推力与管体的响应特征,如应变或应力的关系,从而为地质灾害安全风险评价及预警提供定量的评价指标。结果表明：该管道横穿滑坡段暂时处于安全状态;管道变形分布曲线呈现正态分布规律,滑坡体正中管道部位变形最大,向两端变形逐渐减小;管道弯矩分布符合两端固定简支梁承受均布荷载弯矩形态,两端应力最大,呈现中部正弯两端负弯态势,管道两端最易发生破坏;研究成果可为类似输油气管道穿越滑坡地质灾害的破坏预警提供理论参考。     

海底埋地管道泄漏的温度场与压力场的模拟

对埋地海底管道进行耦合模拟,分析了泄漏口在不同位置时海泥的温度场及压力场。当泄漏口在不同位置时,泄漏到海泥区域的原油对周围海泥温度场产生的影响不同,但存在一定的分布规律。当泄漏口在管道左(右)侧时,受重力的影响,泄漏口处的等温线下移,右(左)侧等温线上移,温度场呈现不对称分布;泄漏口在管道正下方时,等压线在管道两侧对称分布,而且逐渐向两侧和上方扩散。     

地震作用下埋地管线轴线随机反应

利用随机振动理论,导出了埋地管线在大空间地面运动过程中的动力反应.在建立管线模型时,接头简化为刚性,管线简化为弹性地基梁.实例计算表明,对于轴向振动,埋地管线的各阶固有频率均十分接近,计算应力时需考虑较多的振型.管线中部的位移、应力不随管线长度变化.地震动的空间相关性对管线随机振动影响很大,应慎重选取地震地面运动的功率谱模式.     

埋地输油管道大修开挖所受应力的有限元计算方法

在役热输管道开挖修复时,若施工不当,容易导致管道局部应力过大而破裂,造成油品外泄,产生巨大的经济损失和严重的环境与生态污染,因此有必要对管道大修开挖时的受力情况进行研究,使输油管道大修在安全稳定的条件下进行。通过分析管道大修开挖时的受力情况,引入文克勒地基模型,计算处于弹性阶段的土壤对管道的侧向作用力,同时建立了输油管道大修开挖情况下的受力模型。采用有限单元法求解该模型,计算出开挖后管道所受的最大综合应力以及加入支撑后的最大综合应力。     

地震灾害下埋地管道的有限元分析

管道运输是输送油气等重要物资的主要手段,而地震对埋地管道的破坏是难以修复的。首先,基于非线性动力学理论,运用ANSYS有限元软件建立了管道-土体模型;然后,建立管道与土体之间的非线性接触模型,通过对有限元模型施加载荷,得到了埋地管道的静力分析结果;最后,对埋地管道施加不同的地震波并进行了比较。结果表明,管道的上部和下部在地震波的影响下产生了较大的位移;随着输入的地震波逐渐加大,管道下部的位移减小,但仍大于管道两侧的位移。由此可知,发生地震时管道的上部和下部受到的影响较大。     

城市地下供水管道的地震反应分析

在埋地管道抗震规范法的基础上提出改进,考虑了管土之间的弹塑性滑移,并推导了埋地管道在地震作用下最大反应的解析表达式.运用ANSYS建立了地下管线在地震作用下的有限元模型,合理运用接触单元真实地模拟了管土之间的相互作用,并计算了埋地管道在给定地震作用下的响应时程,从而得到管道的最大轴向应力.通过工程实例比较了抗震规范法、改进的抗震规范法以及有限元法计算埋地管道最大地震响应的优缺点.研究结果表明,改进的规范法的计算结果与相对精确的有限元法的计算结果相近,说明改进的规范法简单实用,且能满足一定的精度要求.