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。     

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。     

埋地管线在沉陷情况下的可靠性分析

场地的不均匀沉陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一.目前,有关埋地管线在沉陷情况下的可靠性研究甚少,为了研究埋地管线在沉陷大位移下的可靠度,运用蒙特卡罗法对埋地管线在地面沉陷位移、材料性能参数、内压等随机变量下的可靠度进行计算.同时通过对变量的敏感性分析,发现地面沉陷位移、管线的直径、厚度及管线内压的变异性对计算结果影响较大.增加地面沉陷位移和管线内压将导致管线应力的增加,降低了管线的可靠度,失效概率增大;而增大管线的直径和壁厚将导致管线应力减小,提高了管线的可靠度,失效概率减小.因此减少地面沉陷位移,降低管线内压,增大管线的直径和壁厚有助于提高埋地输油钢管的可靠度.     

埋地管线在均匀和非均匀土介质中的地震反应

对埋地管线在均匀和非均匀土介质中的地震反应进行分析研究，结果表明，在地震行波作用下，不均匀土介质中埋地管线的轴向应变同均匀介质中管线的轴向应变相比，增大系数为１．５０左右。     

探地雷达在地面塌陷检测中的应用

应用RAMAC系列探地雷达进行了地面塌陷探测的研究。基于城市地下管线施工等对地层的扰动引起的地面塌陷,设计了探地雷达的工作参数,对地面塌陷区进行了探测,并就典型的异常特征进行了分析。     

城区地表塌陷土洞发育破坏特征

为了研究城区塌陷土洞的发育致塌机制,通过建立三维模型试验研究土洞的发育破坏过程,分析了试验过程中地表变形数据以及土洞的最终破坏形状,同时通过土压力量测试验分析土洞发展过程中覆土应力的变化.以此试验为基础建立了计算土洞极限半径的有限元模型,通过正交试验分析了弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角对极限半径的影响.结果表明:对于发育的土层空洞,破坏区内土压力显著降低;土洞发生破坏时,洞顶沉降速率发生突变;土洞内部破坏的高度与土洞直径间的规律与普氏理论提出的几何规律吻合良好;对于埋深不同的土洞,其破坏形式主要分为坛形和直筒形塌陷.     

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.     

连续埋地管线沉陷情况下可靠度分析

场地的不均匀沉陷是埋地管线破坏的重要原因之一.运用均值一次二阶矩法和ANSYS中的蒙特卡罗法对埋地管线在地面沉陷位移、材料性能参数、内水压力等随机变量下的可靠度进行计算分析,得到考虑和不考虑管道内水压力时的可靠度系数和失效概率.结果表明,地面沉陷位移的变异性对沉陷区埋地管线的可靠度有着十分重要的影响,与不考虑管道内水压力作用的结果相比,考虑管道内水压力时的失效概率较大,可靠度系数较小;管道壁厚和直径的变异性对沉陷区埋地管线的可靠度也存在着不可忽视的影响.     

岩溶分布区地面塌陷成因机制分析 ——以黔东南某机场飞行区为例

以黔东南某机场飞行区地面塌陷为例,采用现场调绘、工程勘探、物探、岩土试验、数值模拟、权重分析等手段,研究了机场地面塌陷的成因机制,并预测了地面塌陷未来发展趋势.结果表明:飞行区地面塌陷形成机制为地下水渗流潜蚀作用形成的土洞垮塌,地面塌陷具有明显的时间累积效应和空间差异性分布特征,塌陷时间、分布、规模主要受地形、岩性、水...     

浅析某跨线桥施工中地面塌陷

本文通过对某跨线桥工程石灰岩地区溶洞、土洞的不良地质现象勘察研究,对溶洞、土洞的形成机理及空间分布规律进行分析,剖析跨线桥施工过程中地面塌陷的原因。     

考虑轴力的管线变形控制微分方程及其优化解

为计算地铁施工引起的既有管线附加变形,将地埋管线视为弹性地基梁,受到地层竖向和水平位移荷载作用,考虑管线变形的几何非线性,建立了管线变形的控制微分方程组.采用优化方法进行模型求解,进行了案例计算和离心模型试验.将有限元解和试验结果同优化解进行了对比,验证了优化方法的正确性.分析了地层水平位移和几何非线性对管线变形和内力的影响.结果表明:管土摩擦系数较小时,管线在开挖影响范围内全长受拉.管土摩擦系数较大时,管线在隧道开挖中线附近受压,在其余范围内受拉,在管线变形计算中应同时考虑压应变和拉应变.较大的地层沉降使管线变形呈现几何非线性,表现为管线竖向位移引起管线轴向伸长,且管线弯曲变形与轴向变形存在一定的相互影响.     

煤矿采空区地面塌陷机理及安全性评价——以浚鹤铁路DK1＋800～DK2＋800路段为例

通过收集浚鹤铁路DK1 800～DK2 800路段下伏2个煤矿采空区的规模、埋深及地面塌陷资料，分析了区内地面塌陷机理，对浚鹤铁路DK1 800～DK2 800路段整修建设的可行性及安全性进行了评价。     

紧邻建筑物浅埋暗挖车站的施工技术

结合沈阳地铁中街站实际工程,对浅埋暗挖施工中横通道及导洞开挖、大跨度初支扣拱关键技术进行了研究,提出了系列建筑物和管线安全保护措施。对施工过程中地表沉降、拱顶下沉、管线沉降及建筑物沉降等指标进行了监控量测。对监测结果的分析表明,采用系列沉降控制措施后,该浅埋暗挖车站施工过程中各沉降值均控制在了预警值范围内,周边建筑物及管线均处于安全状态。     

安溪县湖上地面塌陷地质灾害成因分析

2006年8月中旬,福建省安溪县湖上村发生地面塌陷,房屋开裂等地质灾害。本文通过对该区的环境地质条件和地面塌陷的分布规律进行详细调查分析,提出：可溶性石灰岩和上部较厚的残坡积粘土盖层是地面塌陷的地质条件;深部及周围石灰岩矿的开采,矿井对地下水的疏干,加强了岩溶洞隙和土洞的形成;降雨对上覆土体起到软化增重作用,使土的c、Ф值明显下降,加速了地面塌陷。     

隧道开挖对既有管线沉降的影响

隧道施工使周边管线的附加应力及变形加大,严重影响管线安全,而管线监测通常落后于施工,只有正确地预估管线沉降和沉降规律才能保证施工安全。针对这一问题,采用ANSYS分析软件,考虑管土之间的相互作用,模拟隧道台阶法施工的实际过程,探讨隧道浅埋暗挖施工对管线的影响,分析其沉降规律,并与实测值对比,研究管线直径、埋深、材质、埋置年代等对其沉降的影响规律。研究结果表明:模拟值略小于实测值,但沉降规律一致,地下水的损失以及地面荷载都将加大管线沉降;管线的最大沉降与管线直径大致成正比关系;埋深对管线变形的影响较大,近地面处随埋深的加大管线沉降加大,靠近管线处随埋深的加大沉降减小;不同材质管线的沉降从大到小依次是PVC管、混凝土管、铸铁管、钢管;壁厚对管线的影响不大。     

穿越正断层埋地管线的破坏模式分析

在正断层引起的地面永久性大变形作用下,埋地管线可能会发生拉伸、剪切等形式的强度破坏,亦可能在局部受压区发生屈曲破坏。利用ABAQUS 有限元分析软件,建立穿越正断层埋地管线的空间有限元分析模型,采用非线性接触分析方法模拟正断层引起的地表永久性大变形作用下管线—土体间的相互作用,分析了不同管径、跨越角对管线破坏模式的影响。依据算例分析可知：小口径埋地管线易发生拉伸强度破坏,大口径薄壁管线易发生屈曲失效,口径0．65 m 是管线从发生强度破坏到发生屈曲破坏的临界值;当跨越角大于90°时,角度越大越易发生屈曲失效,跨越角为100°是埋地管线发生强度破坏与屈曲失效的分界点。     

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.     

核爆炸荷载作用下土埋钢油罐受力特性模型试验

为研究爆炸条件下土中钢油罐受力特性,根据模型几何相似理论,研究了地面爆炸作用下土埋钢油罐的受力特性.在核爆压力模拟器内进行了土埋钢油罐模型的爆炸压力加载试验,采用动态测量技术,得到了不同埋土表面超压下土埋钢质圆柱壳模型的动压力、动位移和动应变数据.试验表明,作用在土埋圆柱壳上的动压呈现底部动压峰值较大的特点,柱壳则为动态弯曲应力状态.其中,环向应变在底部为拉应变,侧部和顶部为压应变,纵向应变在壳体顶部和底部均为压应变,侧部为拉应变.在试验加载范围内(地面超压为0.09～0.88 MPa),应变仍在材料弹性变形范围内.     

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。     

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。