土体塌陷作用下埋地管道力学分析研究现状

土体塌陷是危害天然气管道安全运行的地质灾害之一,在研究土体塌陷对埋地天然气管道的作用机理以来,各种研究方法和模型都有着不同的优点与缺陷。在调研、分析大量国内外相关研究的基础上,以塌陷区埋地天然气管道为对象,对土体塌陷作用下管道力学响应的研究方法进行对比分析。研究结果表明:理论解析研究具有概念简单、计算方便、便于工程应用等优点,但其通常对管土参数及边界条件进行假设或简化,因此计算结果的可靠性还需进一步验证;数值模拟研究弥补了理论解析法无法解决复杂非线性问题的不足,同时避免了苛刻试验条件造成的研究难度,但对于单元生死技术的应用以及岩溶塌陷等特殊地质灾害的研究有待进一步完善;现有试验分析研究主要集中在非金属管道上,但其在塌陷模式、土体性质、管道敷设等方面仍与实际工况存在一定差异,且在全尺寸模型试验等领域还需进一步研究。     

基于WSR的岩溶区域管道破坏特征与风险管控措施

岩溶区域乡镇天然气管道不可避免地受到岩土活动的影响,难以抵御土层错动作用和地表破坏所引起的永久性地面位移。在准确把握岩溶区域埋地管道破坏特征的基础上,建立岩溶区域乡镇天然气管道风险管控的物理-事理-人理（WSR）模型,并基于此从物理-事理-人理三个维度提出岩溶区域埋地管道的风险管控措施。研究表明:岩溶区域管道失效的最主要原因是管周土体与埋地管道的力学参数及变形性能差异,管道破坏模式主要分为拉伸破坏与屈曲破坏。为有效开展安全管理,既要注重在明确管道失效规律的基础上控制、减弱乃至消除危险源（物理）,完善管道运行过程中的安全管理及应急处置（事理）,也要运用法律、政策等手段规范相关主体的行为活动、营造良好的外部环境（人理）。     

岩溶塌陷作用下埋地PE燃气管道力学行为研究

基于ABAQUS软件构建了穿越岩溶区域的埋地PE燃气管道有限元分析模型,研究了燃气管道的力学响应行为和敏感参数影响规律,结合多元非线性回归理论得出了影响因素的敏感度排序。研究结果表明：(1)岩溶塌陷作用下采用较小的管径有利于提高管道的安全系数;内压的变化对管道危险截面的影响较小,但内压产生的反作用力能在一定程度上抑制管道的压缩变形;土体弹性模量较大时能有效减缓管道的竖向位移及应力响应,但在一定塌陷宽度范围内(6m附近)将起到反作用;较小的管土摩擦系数有利于减小土体束缚,但同时应避免摩擦系数过小导致轻微的土层错动即易引发管土相对位移。(2)岩溶塌陷作用下管道力学响应敏感因素排序为：土体弹性模量>管土摩擦系数>管道直径>管道内压。     

岩溶塌陷区埋地管道的挠度和应力分析

为了弥补采用弹性地基梁模型模拟塌陷区埋地管道与实际不符合的情况,兼顾Winkler弹性地基梁和弹性基础上的连续梁建立了岩溶塌陷区埋地管道的力学分析模型,并结合塌陷影响区与非塌陷影响区间的变形协调性,通过求解管轴挠曲线微分方程,得出了岩溶塌陷区埋地管道的挠度和应力的综合计算方法。通过与基于ABAQUS有限元模拟的仿真结果进行对比分析,表明该方法能够在满足精度要求的同时简化岩溶区管道工程的力学分析过程,可用于岩溶区埋地管道的工程实践。