矩形断面沟埋式涵洞垂直土压力的分析

通过对矩形断面沟埋式涵洞垂直土压力的分析,提出了一种新的计算模型,采用土体极限平衡理论,推导沟埋式涵洞垂直土压力的计算公式,该公式具有与上埋式涵洞土压力计算公式的形式,而且反映了沟槽宽度和胸腔宽度等对涵洞土压力的影响。     

空间问题上埋式构筑物垂直土压力的测试与计算

针对空间问题上埋式构筑物,在现场设置了一组空间与平面问题的上埋式构筑物模型,进行垂直土压力测试对比,并以空间问题模型的有限元计算结果与实测值作了对比验证。结果表明,高、宽(或直径)比相同的空间问题与平面问题,前者的垂直土压力明显大于后者,从而验证了按弹性理论推出的计算公式的可行性。     

河浜管道管土相互作用及差异沉降分析

基于ABAQUS有限元软件建立并验证了考虑河浜与非河浜地基接触、管土接触的交通荷载-土基结构-埋地管道三维有限元模型.利用该模型分析了埋地管道在不同地基处理方案下的管道竖向土压力、侧向土压力及管道内部应力,并采用分层总和法与有限元相结合的方法计算河浜地区管道存在情况下土基顶面差异沉降,结果表明,在交通荷载作用下,管道结构最大土压力出现在管顶、管侧及管底位置;交通荷载和土体自重荷载引起的管道Mises应力不容忽视,在河浜土基不处理的情况下,其最大值达4.887 MPa;在管顶(底)处存在由于管土相对刚度差异带来的土压力集中现象,其值分别是天然土基同等深处的土压力的2.61和2.99倍,分层总和法无法考虑管土相互作用导致的结果失真,有限元和分层总和法相结合的计算结果与实际情况较为吻合.     

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.     

上埋式涵洞土压力影响因素分析

利用弹性理论对上埋式钢筋混凝土涵洞顶部垂直土压力的计算方法进行了探讨，根据力的平衡条件和变形协调条件得到一个土压力计算公式，并由此分析填土内摩擦角、填土与地基的弹模比及涵洞的宽高比等因素对洞顶土压力的影响，所得的洞顶土压力系数在1．01—1．43之间连续变化。     

孤立波作用下埋管斜坡海床及海底管道的响应分析

通过建立孤立波-斜坡海床-海底管道耦合模型,研究在孤立波作用下近岸浅水区域埋管周围斜坡海床土体的孔隙水压力响应和海底管道的受力及位移.采用考虑k-ε湍流的Navier-Stokes方程模拟孤立波在海底斜坡上的破碎、爬升及回落过程,并且通过计算获得斜坡表面波压力;基于Biot固结方程,建立波压力作用下的斜坡模型;基于线弹性理论,利用偏微分方程建立海底管道模型;计算分析埋管海床土体的孔压响应特征及管道的受力与变形;通过与文献试验数据和解析解的对比,验证了该分析方法与模型的准确性;利用验证后的数值模型,计算在孤立波作用下斜坡海床埋置管道周围土体的孔隙水压力响应、纵向有效应力响应、管道的纵向受力及位移.数值模拟结果表明:在孤立波回落阶段,埋置于斜坡海岸线附近的管道周围土体孔压下降明显,管道出现较大上浮,相较于水平海床和斜坡坡脚,此处管道的受力和位移情况最为不利.另外,管道埋深、土体参数,以及波浪的破碎、爬升及回落过程都对计算结果有着重要的影响.     

埋地管道不均匀沉降的应力及影响因素分析

为保障天然气埋地管道的安全运行,需要对其在不均匀沉降状态下的应力水平及其影响因素进行研究。选取该管道系统易发生应力集中的3个关键部位进行现场应力测试,得到系统运行时管道的应力值。应用ANSYS软件建立了管土非线性接触模型,通过对其进行分析,得到管道应力水平并建立了沉降差量与最大Von-Mises应力之间的映射关系。在该模型的基础上,探讨了管径、壁厚、埋深、埋土弹性模量、埋土泊松比对管道应力状态的影响。增大壁厚和埋土弹性模量以及减小埋深和管径均可降低不均匀沉降时管道的最大Von-Mises应力。研究结果为目前大量在建及在役天然气埋地管道的安全运行提供了理论支持,并提出了针对性的改进措施。     

断层上覆土层破裂对埋地管道的影响

利用ANSYS程序建立的三维管土非线性有限元模型,计算分析了断层基岩上覆土层的变形破裂形式、土层厚度及土层土质的硬度对埋地管道的影响.结果表明,埋地管线发生大变形及失效的位置由上覆土层的破裂形式决定,穿越土层发生塑性变形及破裂区域的管段是管道发生塑性变形的管段.当断层倾角发生接近于90°的错动时,随上覆土层破裂的发展,埋地管道产生两处塑性变形区段.上覆土层越厚,埋地管道发生塑性变形的长度越长,变形值减小.埋在土质较硬土层中的管道发生塑性变形的管段长度短,极限应变值大.     

基于离散-连续耦合法的埋地管道受荷过程模拟分析

为了从宏、细观角度反映出埋地管道管周土体的承载特点,文章采用离散-连续界面耦合数值模型对埋地管道受荷过程进行模拟分析,其中管周填土采用离散单元法进行模拟,埋地管道及原状土基采用有限差分单元法进行模拟。结果表明：随着荷载或埋深的增大,管顶受压产生压缩变形,管顶土体发生“压力拱效应”,引起管周土压力重分布;耦合模型水平位移场显示埋地管道在受荷过程中管侧回填土及原状土基能够分担和转移外荷载;管周土体的细观接触力链分布形态与管顶土压力的分布规律形成相互印证。     

埋地天然气管道泄漏量计算与分析

为计算埋地天然气管道泄漏量,获得合理的埋地管道泄漏计算模型与埋地管道土中天然气吸收量,通过分析燃气管道泄漏的模型划分标准,建立等温与等熵模型计算小孔泄漏量。结合天然气管线泄漏强度的实验数据进行对比分析,得出了等熵与等温模型分别为实际小孔泄漏量的上下限;利用菲克定律推导埋地管道泄漏扩散浓度方程,并分析扩散范围,结合工程实例对泄漏量进行计算分析。研究结果表明,小孔泄漏孔径越小,处于爆炸浓度极限的时间越长,危险性越高。根据埋地管道周围土中各点天然气浓度分布规律,提出了土壤吸收量计算方法,改进了地面蒸气云泄漏质量计算方法,结合工程实例定量地给出了土壤的天然气吸收率。     

地层塌陷区段埋地管道变形与应力分析

已有文献都是基于Winkler地基梁模型来研究塌陷以及悬空等对管道安全的影响,还没有采用其他力学分析模型的报道.分别采用Winkler和理想弹塑性地基梁模型,研究地层塌陷对管道安全的影响.建立了管土相互作用的几何大变形力学分析模型,采用非线性理论对力学模型求解.分析结果表明:在管道的屈服应力较小的情况下,为简化工程计算可采用Winkler模型计算临界塌陷区长度,较弹塑性模型简单,便于工程应用;当地层塌陷区长度较小时,为简化计算可采用Winkler模型分析管道的变形与应力;弹塑性模型可忽略土弹簧刚度对管道分析结果的影响,而Winkler模型则要考虑土弹簧刚度对其的影响.给出了使管道失效的临界地层塌陷区长度,所得结果可供工程设计参考.     

埋地热油管道停输后周围土壤温度场的数值模拟

为精确模拟管道周围土壤温度场,建立了埋地热油管道周围土壤温度场数学模型.在模型中,根据管外不同位置处土壤受热油管道散热影响的大小,将管外热影响区域简化为矩形并分为两部分,其中第一部分为距管外壁0.5 m内的环形烘干区域.针对该模型,编制了有限元程序计算管道周围土壤温度分布.计算结果表明,管外径426 mm、管内油温65.0℃、管道埋深处自然地温9.0℃时,矩形热影响区域的水平边界距管中心距离在13 m左右;若管道停输40 h,仅管道周围1.1 m内的土壤温度发生变化,为管道停输再启动的安全性评价提供了科学依据.     

埋地管道泄漏数值模拟分析

针对不同因素对管道泄漏工况的影响进行了模拟研究。管道的铺设方式一般为埋地铺设,长时间埋地管道会因为外力破坏或管道自身老化、腐蚀穿孔等因素造成管道泄漏。管道泄漏时会造成重大压力损失和管道流体的损失,管道大孔泄漏后容易在地面上被检测出来,小孔泄漏不容易被检测出来。因此采用数值模拟方法,通过模型简化,同时考虑计算精度和计算成本,建立了埋地管道小孔泄漏扩散模型。分别研究泄漏压力、泄漏孔径、管道埋深、土壤性质、环境温度、泄漏孔形状和障碍物等因素对埋地管道泄漏扩散的影响。     

地面堆载对高后果区埋地管道承载能力的影响

为了分析地面堆载对高后果区埋地管道承载能力的影响,采用ANSYS workbench有限元软件建立了堆载-土壤-管道应力状态分析三维模型,采用堆载体直接加载在地基土壤上,分析管道在堆载下的承载能力响应,采用理论计算验证了模型的可行性,分别探讨了堆载高度、管道埋深、堆载距离、管径、壁厚和土壤泊松比因素对管道承载能力的影响。结果表明,堆载下管道应力最大出现在堆载下方,并且向管道两边递减,堆载范围内的承载能力明显减弱。堆载高度和堆载距离对管道承载能力的影响最大,堆载距离的微小改变可以明显提高管道的承载能力,堆载高度的增加同时又导致管道承载能力减弱,通过堆载高度和堆载距离的变化规律可以用来判断,在管道极限承载能力范围内,不同堆载位置下的极限堆载高度。在一定堆载高度下,管道存在一个临界埋深,此时管道承载能力最大。管径、壁厚和土壤性质对管道承载能力有影响但较小。通过本文的研究可以为判断高后果区埋地管道占压下安全状态提供指导。     

基于BLT方程的埋地管道电磁脉冲响应规律研究

高空核爆电磁脉冲(HEMP)会在埋地油气管道上产生感应电流和感应电压,可能对油气管道的测量监控装置及阴极保护系统产生影响。为研究HEMP对埋地金属管道的电磁影响,本文利用合成电压波的思想推导了可用于分析不均匀传输线响应的BLT超矩阵方程,通过与链参数方法的计算结果进行比较,验证了该方法的正确性和有效性。建立了埋地管道的分段串联传输线模型,应用BLT超矩阵方程计算了管道特性阻抗连续时管道参数和管道折角对管道上电流、电压的影响,将入射仰角、入射方位角和场源方位角作为随机变量,计算了入射波状态对响应电流影响的统计信息;针对大地电导率横向差异引起的特性阻抗不连续情况,计算分析了管道电流电压的响应情况;研究结果可为油气管道的电磁脉冲防护提供相关参考。     

被动桩计算模式及考虑土拱效应的计算方法

建立了地面堆载条件下对邻近桩基影响的实用计算模式，将被动桩分为受土体位移作用的被动部分和受土体抗力作用的主动部分分别考虑，以Itos土压力为依据，考虑土体的实际分层和被动区侧移土体成拱效应，计算被动部分桩侧土压力，主动侧作用于桩身上的土体抗力与桩的变形成正比．通过桩的平衡建立位移协调方程，采用有限差分法求解建立的微分方程，并编制了VBA电子表格有限差分程序．最后通过一个工程实例对所提出的被动桩实用计算方法进行了验证．     

地下管线对通信电缆的屏蔽效应计算方法

提出了一种同时考虑感性耦合和阻性耦合时的地下管线对通信电缆的电磁屏蔽模型,以管线节点电流代替管线单元电流进行插值,改进了传统电磁屏蔽效应计算方法。在此基础上,进行了地下管线对地下通信电缆的电磁屏蔽系数计算,探讨了屏蔽保护的规律。计算结果表明,管线粗细和端接阻抗将明显影响屏蔽保护效果。     

基于沉降测量的管道力学性状分析及误差评估

结合管道沿线沉降观测和间接平差理论,提出了基于弹性地基梁挠曲微分方程通解函数式的拟合模型,用以获得管道的连续挠曲线,进而实现管道结构的力学性状分析和安全评估.针对拟合误差的影响,采用误差传递理论进行挠曲方程及内力解算值的精度评定.通过集中和均布荷载下管道变形拟合的算例分析对比了地基梁通解函数式拟合模型和传统的多项式拟合模型.结合某道路下天然气管道在邻近超高层建筑施工过程中的沉降监测探讨了本文方法的有效性.结果表明:与多项式拟合模型相比,本文提出的模型在埋地管道挠曲线重构及应力解算方面精度更高,可用于高层结构施工期间周边埋地管道的力学性状分析及安全评价.     

地基塌陷过程中埋地管线的有限元分析

地基塌陷往往影响埋地管线的正常使用和安全,针对这一课题,在室内模型箱试验的基础上采用Ansys软件建立有限元模型,应用单元生死技术模拟了土体塌陷范围不断扩大的过程,得出随着地基塌陷埋地管线内应力及沉降的变化过程曲线。通过与室内试验数据对比,证明了本数值模拟方法的可行性。进而又通过图像分析找出了管线的控制截面及控制力,并研究了埋地管线的壁厚和下卧层土体刚度在地基塌陷过程中对管线变形的影响规律,得到了一些具有工程实际意义的结论,为沉陷区域埋地管线设计和数值分析提供理论依据。