土体塌陷下各参数对埋地管线的影响

土体塌陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一。到目前为止, 国内外对塌陷区埋地管线反应的有限元分析甚少。为分析土体塌陷对埋地管线的影响,通过ANSYS有限元分析软件,建立管土模型,通过设置不同参数,如塌陷范围、埋深、管壁厚度,得出埋地管线在塌陷情况下的挠曲变形和轴向应力曲线。得出在土体塌陷下,增加壁厚和减少埋深均可减小埋地管道的破坏,同时得到埋地管道受力最大的位置在塌陷与非塌陷区交界处,因此应选此处为控制截面。设计中,应避免在控制界面附近设置接头。     

Pasternak地基中盾构隧道穿越引起地下管线竖向位移

采用统一土体移动模型三维解计算盾构施工引起的地下管线平面处土体竖向位移,并基于Pasternak地基模型对地下管线受力模型进行简化,建立单线、双线盾构隧道开挖引起的地下管线三维竖向位移计算公式。将计算结果与实测值进行对比;并探讨了管线材质、管线埋深以及土体损失率改变对管线竖向位移的影响。研究结果表明:计算结果与实测值比较吻合,可以计算单线和双线盾构开挖工况;双线隧道开挖引起的管线竖向位移大于单线隧道引起的管线竖向位移;管线材质和管线埋深的改变对管线最大竖向位移的影响较小,管线最大竖向位移随抗弯刚度增大而减小,随埋深增大而增大;土体损失率的改变对管线最大竖向位移的影响较大,土体损失率越大管线最大竖向位移也越大。     

一些因素对地下管线位移的影响

研究了地下管线埋深、管材材料、管线下卧层土质、管线与地下结构间的距离以及管线与周围土层的相对刚度等因素对地下管线位移的影响.研究结果表明:以上各因素对地下管线位移均有不同程度的影响,实际工程中应该根据各影响因素综合分析后确定合理的设计与施工方案.     

输气管道滑坡灾害影响因素敏感性分析

为保证输气管道在滑坡灾害下能够安全运行,需对输气管道滑坡灾害进行影响因素敏感性分析,以识别出管道应力与影响因素之间的敏感状况.利用ABAQUS有限元软件建立输气管道滑坡灾害数值分析模型,计算出管道的最大Mises应力值;应用敏感性系数分析法分析了输气管道滑坡灾害的主要影响因素,得出主要影响因素与管道应力之间的变化规律.计算结果表明,管道在横穿滑坡区域时,除管道壁厚与管道应力呈反向变化关系外,滑坡宽度、内摩擦角度、土体黏聚力、管道埋深和管内压力都与管道应力呈正向变化关系;管道壁厚为影响管道应力的关键因素,其余各因素敏感性从强到弱的排列顺序为,滑坡宽度土体黏聚力内摩擦角管内压力管道埋深.     

深基坑开挖对地下管道变形影响因素的分析与研究

深基坑开挖引起的地表沉降和地层移动对于周围的地下管线带来了不利影响。关于这方面的理论或试验研究的内容多以考虑个别因素为主,比如说偏重于损伤规律分析以及试验验证,缺乏多因素下地下管线变形损伤的影响因子综合评判分析研究。该文采用正交试验法科学的综合考虑了基坑开挖对地下管道变形所涉及的管线埋深、管线与基坑的水平距离、地下水深度、管线材质和管线直径,从而可以更加准确有效的评估基坑开挖对管道变形的影响。     

污水管线渗漏诱发地面下陷数值分析

针对污水管线渗漏问题,引入广义土体强度公式,基于ABAQUS平台利用USDFLD子程序模拟土体强度参数随饱和度的增加而衰减这一特性。在管线破损范围变化的情况下,以不同埋深的污水管线渗漏在地表形成饱和区的大小来近似估计渗漏发生后可能对地面的影响范围,并分析了渗漏19d内管线上方土体湿陷量的变化情况和地面结构稳定性。研究结果表明：污水管线埋深为1m时渗漏造成的影响范围最小,埋深为2m时渗漏造成的影响范围最大;将湿陷量为30mm设置为地面失稳判据,除埋深为1m的污水管线在分析时间内一直保持稳定外,埋深2~5m的污水管线在渗漏发生15~19d内由深到浅依次发生地面失稳现象。     

盾构开挖对地下管线影响的数值模拟分析

利用FLAC3D模拟了盾构隧道开挖对管线的影响.模拟过程中考虑了隧道应力逐步释放,然后逐步施作衬砌,并考虑盾构机的推进力.充分考虑了盾构开挖对不同管径,不同埋深的地F管线位移的影响.模拟了双圆隧道施工对地下管线的影响,对比了单孔盾构开挖于双圆盾构开挖对管线作用的机理的不同.分析了两种双隧道开挖对地下管线的影响.结果表明,管线与隧道相对位置以及管线自身的刚度、管径等不同,将对其变形产生较明显的影响,得出的规律为今后类似工程施工提供依据.     

基于斯潘格勒理论的埋地柔性管道有限元分析

基于斯潘格勒理论,简化了有限元分析中管土间复杂的相互作用.通过最小二乘法确定了有限元建模中的变量参数最大土压,从而建立了呈抛物线分布的水平静土压模型,实现了埋地柔性管线的有限元迭代计算;分析了其埋设深度和土体力学性能对埋地管道的径向与轴向变形的影响,以及地基差异引起的管道沉降问题.结果表明:该方法能合理地反映出土体与结构的相互作用,获得埋地柔性管道的应力、应变等结果,可应用于长距离埋地柔性管道和管件的设计及结构设计.     

温度应力下海底管线屈曲分析方法的改进

海底管线在温度应力作用下的屈曲变形问题是管线设计的关键性问题之一．结合实际工程，探讨了管线屈曲变形的计算方法，分析了温差、地基土特性、管线埋深和膨胀弯设置等因素对管线屈曲变形的影响，并初步探讨了考虑初始缺陷管线的稳定性分析方法和工程对策．结果表明，管线中的应力随着温差的增加、地基土体摩阻力的增大及管线上覆土厚度的增长而增大，设置膨胀弯可以使其端部一定范围内的管线自由变形．从而释放由于温差和压差作用在管线内产生的附加应力．当管线有足够的埋深时，不发生竖向的屈曲变形．降低温度和增加埋深等措施能够有效防止管线屈曲．     

煤矿开采影响下浅埋输油管线变形及力学响应特性

针对输油管线穿越采动影响区时的管道变形、选型设计和安全防护等问题,以山东某煤矿3308工作面开采为背景,根据该区域地质条件、管道参数及实测数据,采用数值模拟方法分析了煤矿开采影响下管道的受力变形及区域性特征,研究了管道及土体不同物理力学参数对管道所受应力变化的影响。结果表明：受采动影响的埋地管道变形可分为无变形区段、拉压过渡区段和压缩变形区段,拉压过渡区段存在轴向应力方向变化的拐点;3308工作面开采过程中,管道中点处沉降位移最大,与模拟的管道沿线地表最大下沉值相等,管土间的变形为“管-土协同变形”,管道所受轴向应力由管道两端向中点先增大后减小再增大;不同的管道与土体物理力学参数对管道所受轴向应力的变化有着不同的影响,管线选型时需要综合考虑。研究结果可为采动影响区埋地输油管线的选型设计、施工运营和安全维护提供参考。     

深基坑开挖引起邻近地下管线位移的两阶段法

针对深基坑开挖引起的周围地下管线位移,基于两阶段法,首先给出了基坑开挖引起的周围自由土体位移的计算方法,然后结合Winkler弹性地基梁模型,建立了受土体卸载附加变形影响的地下管线竖向和水平方向位移方程,通过有限差分法求解出地下管线位移。将此方法应用于工程实例,其理论计算结果与现场实测数据基本吻合,验证了两阶段法的合理性及适用性。本方法可用于分析管线埋深、管线距离、地基土性质等因素对管线变形的影响。     

FV520B钢在H_2S/CO_2环境下的应力腐蚀

采用慢应变速率应力腐蚀拉伸试验方法,开展了FV520B钢在模拟管道压缩机叶轮腐蚀介质环境中的高温、高压应力腐蚀开裂(SCC)研究,探讨了H2S浓度、CO2浓度、温度、压力等环境参数对FV520B钢应力腐蚀开裂的影响规律和作用机制.试验结果表明,H2S起主要腐蚀作用,应力腐蚀敏感指数随H2S浓度的增加而增大,而压力在一定范围内对应力腐蚀敏感指数影响不大.通过试样断口微观形貌观察分析,研究其应力腐蚀行为和机理,并计算不同环境参数下的应力腐蚀敏感指数,运用回归分析方法建立了FV520B钢在H2S/CO2环境中应力腐蚀敏感指数与介质浓度、温度、压力等环境参数之间的数学模型,表明H2S浓度、温度对应力腐蚀敏感指数的影响较为显著,同时,4种参数对应力腐蚀敏感指数产生交互作用.     

流体输送管道水击载荷动力学模拟分析

在流体输送管道中,因各种原因会发生水击现象,从而对管道以及管线上的设备造成危害。为深入了解管线水击现象的产生与发展过程、压力波动及其不稳定载荷对管道结构的影响并预防水击所带来的破坏作用,用管道应力分析、设计软件CAESAR II建立了某输送管线突然停泵造成管线中的压力波动影响的管道动力学模型,根据水击载荷频谱分析了在水击载荷动力作用下输送管道内各关键点的位移、应力和支反力,同时进行了输送管道系统的模态分析和固有频率分析。这些结果为合理设计输送管道、管道强度设计和消除水击现象提供了参考依据。     

岩石坍塌作用下埋地集输管道应力变化规律

基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,建立了岩土坍塌作用下埋地集输管道分析模型,研究了岩石坍塌作用下不同因素对埋地集输管道应力影响规律.结果表明:冲击载荷随石块边长的增加呈指数形式上升,正方体边长改变1.4 m时,冲击载荷可改变22.4 MPa.运行压力、温度、管道铺设坡度对管道壁面应力影响较小,而冲击载荷、腐蚀是埋地集输管道安全的主要影响因素.当冲击载荷大于10.5 MPa时,管道进入塑性变形区.岩石坍塌冲击载荷较大时,管道壁面最大等效应力随着管道径厚比的增加而减少.当径厚比改变了3.8,管道壁面最大等效应力可减小44 MPa;当岩石坍塌冲击载荷较小时,管道壁面最大等效应力出现极小值点.     

紧邻浅埋暗挖地铁隧道地下密集管线及土层变形

针对地铁隧道施工影响下紧邻密集管线保护问题,依托南昌地铁实际工程,采用ABAQUS软件建立土体-密集地下管线-隧道暗挖三维有限元模型,结合现场实测数据与数值模拟结果,分析了隧道CRD (cross diaphragm)工法施工时的地层变形规律、地下管线应力特性与地下管线变形规律,并对管线周边土体有无注浆加固时的管线力学特性进行了对比。研究结果表明：(1)隧道开挖引起的管线变形以沉降为主,管土刚度差异对管线变形和应力影响显著。(2)管土刚度差异越小,管线变形趋势与土体变形趋势越接近;管土刚度差异越大,管线对地层变形的抵抗作用也越强会产生较大应力。(3)隧道左右导洞上方管段是危险区域,需重点保护。(4)密集地下管线主要表现为管线材质、管线几何特性、管线与隧道的空间位置关系不同,保护地下管线的核心在于控制地层沉降,地下管线保护关键阶段是隧道掌子面接近管线,此时应确保超前注浆效果和初期支护快速封闭,并加强对管线变形的监测。     

永冻区埋地管道周围土壤水热力耦合数值计算

基于中俄原油管道永冻区工程建设特点,建立冻土多孔介质水热耦合数学模型。地表环境温度采用周期性边界条件,利用SIMPLER算法进行数值求解,得到埋地热油管道自第一年4月末投产,不同月份土壤温度场、水分场、冰水相变界面移动规律随环境温度周期波动的变化关系,并利用ANSYS软件对土壤水热耦合温度场进行冻胀应力分析。结果表明:在地表温度的周期波动下,较长时间内管道周围土壤温度变化剧烈,且受温差和重力的影响,土壤中水分产生了沿管道中心线自上而下的自然对流,随地表以下不同土层温度的不断变化,自然对流涡旋中心形态及强度变化明显,温度梯度对水分迁移影响较大;随着地表温度的升高,管道上方土体的融沉速率略大于管道融沉速率;伴随着融化圈的不断扩大,管道附近土体受较小应力作用范围大,容易发生不均匀冻胀。     

埋地管线-土体相互作用分析计算区域的选取

将埋地管线及周围土体从半无限地球介质中共同取出,建立了管土相互作用分析模型,采用有限元技术分析地面永久变形下埋地管线与周围土体的反应和相互影响,以确定有限元分析中计算区域的范围.管道及其周围土体分别以空间薄壳单元和实体单元进行离散,采用非线性接触单元模拟管土之间的滑移、分离及闭合现象.考虑了初始应力场的影响,对有限元模型的有效计算区域问题进行了数值分析,给出了管土界面分离及滑移情况,得到了有效计算区域与位错量、管径、埋深及土体刚度的关系.     

地铁车站施工对邻近管线影响的三维数值模拟

随着城市建设步伐的加快,地铁工程施工对邻近管线的影响问题日趋突出.本文以北京地铁某车站工程为背景,借助大型有限元程序ABAQUS建立了三维隧道-管道-土体耦合模型,详细模拟了车站施工过程对邻近管线的影响.计算结果与现场量测数据基本吻合,验证了数值分析的可靠性.通过管道应力、局部倾斜、附加最大弯矩和地表沉降槽限值的验算,对管线的安全性进行了评估.     

第四系覆盖层厚度对地下煤层采空区地表及埋地输油气管道变形的影响

随着我国油气管道建设规模的急剧发展,越来越多油气管道不得不穿过已有或规划的地下矿产开采区,尤以煤矿居多。穿过采空区的埋地输油气管道安全取决于地表稳定性,后者是否产生变形及其强烈程度受多种因素控制,第四系覆盖层厚度是其中主要因素之一。采用数值模拟手段分析了松散层厚度对地下煤层采空区地表及埋地输油气管道变形的影响。结果表明:当采空区范围、煤层厚度及其覆岩岩性一定时,地表及管道下沉值和水平移动值随着松散层厚度占采深比例的提高而增大;管道破坏最易发生在移动盆地边缘和中心;采空区地表变形后管道轴向应力随松散层厚度线性增大。     

静压排桩贯入对地下管道影响的有限元分析

为保证城市地下管道的安全性，工程施工过程中应对静压排桩贯入建立有限元模型予以模拟。采用有限元软件ABAQUS建立了三根桩以及一根埋地管道的三维模型，得到了先中间后两边贯入、从一边依次贯入两种压桩顺序的模型，以期模拟静压排桩的施工过程。通过提取贯入过程中对地下管线产生的应力及位移数据，对比分析静压排桩贯入及不同压桩顺序对埋地管道的影响。研究结果表明，静压排桩贯入对地下管道产生的应力和位移随着各桩的贯入积累及打桩顺序不同而增加；静压排桩贯入对临近地下管道的应力、位移及排桩中的单桩贯入对临近地下管道产生的大主应力及位移与其被贯入的次序有关，采用不同打桩顺序的数值模拟可以较好地预测桩体贯入产生的应力和位移。