横向滑坡载荷作用下埋地PE管道的损伤数值模拟

埋地燃气输送管道服役环境复杂,其中滑坡地质灾害严重威胁管道的服役安全。本文以埋地聚乙烯(PE)管道为研究对象,利用ABAQUS有限元软件模拟了横向滑坡载荷作用下的管道损伤行为,探讨了滑坡参数(滑坡体位移量)、管道埋深以及内压对PE管力学性能的影响。研究结果表明:滑坡作用下埋地PE管最大偏移、最大Mises应力和最大主应变均位于管轴向横截对称面上。管道最大Mises应力随滑坡位移量的增大而增大,管底为管道最终屈服点,屈服主要原因为管横截面被压扁变形。管道未屈服时,最大Mises应力随内压的增大呈现先减小后增大的现象,最大主应变随内压的增大而增大。最大Mises应力和最大主应变均随埋深的增大而增大。     

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．     

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。     

滑坡稳定性三维数值模拟分析

滑坡作为地过表层的三维地质体,应最大程度逼近实际边界条件评价其稳定状态,同时,由于滑坡不同部位结构构造存在差异,应用不同的稳定系数评价其不同部位的稳定状态。在滑坡稳定性分析方法研究现状对比分析的基础上,介绍一种简易实用而精度又较高的滑坡稳定性三维数值模拟分析方法,正是为达到此目标的一种探索,分析结果与已有研究成果基本一致,证明这种分析方法具有一定的可信性和优越性。     

管道受横向滑坡作用破坏分析——以中缅管道贵州晴隆段两次爆炸事故为例

穿越山区的管道工程其运行安全会受到滑坡的威胁,近年来发生的几次事故均造成了大量的人员伤亡和经济损失。本文以中缅天然气管道贵州晴隆段2017年和2018年两次滑坡断管事故为例,结合地质环境条件和现场事故调查资料,基于有限元实体接触模型,反演两次事故发生过程。分析管道在滑坡作用下的受力与变形特征,以确定事故发生原因。研究结果表明：滑坡作用下管道挠度变形呈现近正态式分布,且管道跨中和滑坡边界处Mises应力较大,易于发生破坏;管道所在斜坡上方的大量积土,致使管道产生较大轴向拉应力,易于在管道管体或环焊缝缺陷处产生脆性拉裂破坏,进而引起燃气泄漏爆炸。因此在管线后期维护过程中应避免受到工程扰动,尤其在管道上方的斜坡体上进行大量堆土,防止对管道的运行安全造成威胁。     

梁侧锚固钢板加固混凝土梁的横向剪力传递模型

为研究梁侧锚固钢板加固钢筋混凝土梁(BSP梁)中钢-混凝土连接界面上的横向滑移对加固梁的极限承载力及变形性能的影响,将BSP梁中横向剪力传递类比于Winkler弹性地基模型,并结合已有试验和数值模拟成果,提出了可用于计算横向滑移和横向剪力传递的分段线性简化模型.从而得出了由混凝土梁和钢板抗弯刚度及螺栓连接剪切刚度计算横向滑移和横向剪力传递的实用计算方法.该简化模型的适用性得到了试验成果的检验,并可用于指导BSP梁的加固设计.     

滑坡碎屑流作用下埋地管道轴向应变特性

为了保证滑坡碎屑流灾害作用下管道的稳定运作,根据热-弹塑性理论,创建了滑坡碎屑纵向作用条件下埋地管道的应变分析模型,对不同滑坡碎屑流长度、宽度和厚度条件下埋地管道轴向应变分布特征进行研究.结果表明,滑坡碎屑流尺寸对管道轴向拉压应变的影响程度,从大到小依次为滑坡厚度、长度、宽度.通过分析径厚比、管壁减薄和管道埋深等结构参数对轴向拉伸应变的影响规律,发现管道轴向最大拉压应变随着坡度、埋土深度增加而明显减小;管道的壁厚减薄与管道轴向拉压应变呈正相关,管道埋深与之呈负相关;从管道结构参数对管道最大轴向拉压应变影响的影响程度来看,依次为管道埋深、管壁减薄、径厚比.适当增加滑坡碎屑流作用条件下的管道埋深可以减小滑坡碎屑流灾害作用风险.     

爆炸载荷下埋地管线动力学分析数值模拟

 埋地管线的设计规范通常仅考虑管内介质、管边地质条件、环境条件、埋设方式和深度,而未考虑在土中爆炸的冲击载荷作用下埋地管线的安全性。本文利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,运用非线性动力学的基本理论和算法,选取适当的材料以及本构关系,对炸药在土中爆炸情形下埋地管线的动力学响应问题进行3维数值模拟。对比分析了不同装药量和爆心距对埋地管线损伤的不同作用,并对正对爆心管线界面上各节点受力进行了分析。结果表明,当炸药在浅土层中爆炸,炸药用量对管线的影响更为突出;同时也得出埋地管线在受到爆炸冲击载荷时,正对爆心截面上受到较大的轴向拉应力作用,且其作用可以看作瞬态受力过程。     

场地液化条件下埋地弯管道力学反应的数值模拟

基于ADINA有限元分析软件,建立了场地液化条件下埋地弯管的管土接触的土弹簧分析模型.在液化区设置过渡区,考虑非液化区的管土接触作用及液化区土对管道的约束作用,对管道的有效应力及轴向应力进行了分析.结果表明:当液化场地区域存在弯曲管道部分时,弯头处有效应力很大,使其成为整个管网系统中最薄弱的环节之一;弯头壁厚和曲率半径越大,弯管道有效应力越小,说明弯管越不容易发生破坏,有利于抗震;弯头所处液化区的位置距离液化区和非液化区交界处越远,弯管道所受的轴向应力越大,且存在一个最佳位置使得弯头有效应力最小.     

基于应变准则对管道横向滑坡响应规律的研究

考虑薄壳的大变形和管土的相互作用,建立埋地管道的管土耦合非线性有限元模型,分析管道在横向滑坡作用下的响应规律,讨论了滑坡宽度、滑坡位移、滑坡角度、管道埋深、管道内压等相关工程参数对分析结果的影响,并应用应变准则对管道进行安全评价.结果显示,管道的高应力、应变主要出现在滑坡中间区域及滑坡区与非滑坡区交界处;相同的滑坡位移下,滑坡宽度越小,管道的轴向拉应变越大;滑坡角度越小,管道的轴向拉应变越大;在相同的滑坡规模下,管道轴向拉应变随内压、埋深的增加而不断升高.分析结果可为埋地管道的抗震设计和施工提供参考.     

降雨型滑坡现场模拟试验研究

通过现场模拟人工降雨条件下诱发滑坡,在整个过程中,对坡面裂隙、土体深部位移、孔隙水压力、地表径流等进行实时监测,探求在降雨情况下的滑坡成灾特征及机理.试验得出了土体抗剪强度指标、滑动面形态特征等物理力学参数.降雨使土体吸水饱和,渗透性降低,抗剪强度降低,进而产生边坡失稳.通过数值模拟,得到降雨入渗过程中边坡稳定性、应力场和位移场的变化趋势.流一固耦合情况下边坡稳定系数比非耦合时降低5%,说明动水力对降雨型滑坡具有影响作用.     

深埋巷道围岩温度场的数值模拟分析

为了研究深埋巷道围岩温度场的分布规律．基于传热学和渗流理论建立了深埋巷道围岩的热扩散数学模型．结合边界条件采用MATLAB对其进行了数值求解,获得了在风流和渗流耦合作用下围岩的温度场和温度矢量分布。研究结果表明,无渗流状态下温度场和温度矢量呈对称分布,风流速度对温度分布有明显的影响,但不改变其对称分布的状态。渗流改变了温度场和温度矢量原有的对称分布的状态,热交换平衡区随着渗流速度的增加,将向顺渗流的方向移动。     

恒载作用下桥梁桩基础三维仿真分析

本文通过大型通用有限元程序ANSYS8．1，对某实际桥梁桩基础进行了自重荷栽作用下的三维仿真分析，并且针对计算结果进行分析，结果表明基础设计合理，受力可靠。     

堆积层滑坡垂直位移方向率的数值模拟研究

以长江三峡库区巴东县境内的黄腊石滑坡工程实例为背景，运用大型有限元软件FLAC3D进行数值模拟，引入能反映滑坡位移方向改变的特征参数-滑坡垂直位移方向率作为滑坡稳定状态的评价参数，研究在边坡稳定演化过程中垂直位移方向率时空变化特征，发现了滑坡垂直位移方向率由稳定时的恒定值到失稳时的突然增大或减小的突变规律，得出边坡垂直位移方向率可以作为边坡稳定状态的预测判据。     

天津融创广场基坑工程监测及数值模拟分析

针对天津融创广场基坑开挖工程,建立了考虑土与结构相互作用的三维有限元模型,计算得到了支护结构及支撑系统的变形和内力值．通过与现场监测数据的对比,使计算模型及分析方法得到了验证．分析结果表明：对于本工程具有深浅坑并存、平面形状复杂、采用多种支护形式的基坑,具有明显的空间效应,简单地采用弹性抗力法或平面有限元分析方法不能得到正确的分析结果,三维空间的有限元分析十分必要     

降雨对大型水库滑坡稳定性影响分析

自然界绝大多数滑坡都是在降雨期间发生的,研究降雨对滑坡的稳定性的影响具有十分重大的意义。以澜沧江某电站水库的一个滑坡为例,通过对滑坡渗流场的模拟,得出滑坡体中的地下水浸润线位置、压力水头,进而结合刚体极限平衡理论计算该滑坡稳定性系数,分析在不同蓄水期、不同降雨条件对滑坡稳定性的影响,对库区滑坡稳定性评价和治理具有一定指导作用。     

基于DEM-FEM耦合的滑坡作用下输气管道动力响应分析

油气长输管道输送距离长,途径地形地貌复杂多样,沿途地质灾害频发对油气管道的安全输送造成严重威胁与破坏。本文以联络线输气管道横向滑坡为例,通过离散元与有限元单向耦合方式,对管道进行滑坡作用下的动力响应分析。首先通过EDEM离散元软件模拟滑坡过程中土体颗粒对管道的动态冲击过程,分析在滑坡过程中土体颗粒与管道的接触变化以及受力变化,然后将管道所受最大滑坡推力作为荷载导入ANSYS中,模拟得到在滑坡及内压协同作用下管道的应力和位移分布,最后将模拟结果与线上监测数据进行对比。结果表明：由离散元模拟得到滑坡作用下输气管道受力时程变化曲线,在第3秒管道受到的滑坡推力最大,将其导入有限元中模拟得到滑坡段管道等效应力、剪切应力与位移分布云图,将等效应力与实际监测数据进行对比,计算得到相对误差在7.30%以内,因此表明该模型具有一定的可靠性。     

滑坡作用下埋地管道的弹塑性地基反力解析法

目前关于弹塑性地基中滑坡段埋地管道的解析计算研究较少,计算结果不够精确。为探讨滑坡段埋地管道与土体接触的非线性特征,基于地基反力法,采用简化的弹塑性本构模型来模拟非线性管—土的相互作用,提出了埋地管道与土体相互作用的弹塑性地基反力解析法控制方程组,根据管道变形的连续性条件及边界条件求得管道挠度和内力的解析解,对管道变形和内力进行计算。结合算例进行分析,选取不同参数,探讨了地基反力系数k0对管道变形和内力的影响。研究结果表明：随地基反力系数的增大,管道最大挠度、滑体中部管道弯矩及Mises应力逐渐减小,滑坡周界处管道弯矩及Mises应力逐渐增大;地基反力系数增大,土体对管道约束作用加强,从而引起管道挠度和内力的变化。与Winkler 地基反力法相比,基于弹塑性地基反力法的滑坡作用下管道力学分析理论上更为严谨,有效地提高了计算精度。