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。     

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。     

跨断层聚乙烯埋地供水管线抗震反应参数分析

以供水用聚乙烯(PE)管线为研究对象,采用有限元分析软件ABAQUS建立管土非线性接触模型.采用薄壳单元模拟管线作为中空壳体结构的力学特性,采用三维实体单元模拟管线周围土体,分析逆断层作用下管线的地震反应行为.对可动盘土体施加挤压位错量来模拟逆断层运动,讨论埋地管线的跨逆断层反应行为,考察断层位错量、管线径厚比、场地条件、断层角度等因素对管线抗震性能的影响.结果表明:在断层作用下,供水用聚乙烯埋地管线的变形主要集中在断层引起的土体破裂带附近区域,且上述参数对埋地管线的抗断层反应性能均有一定的影响.     

地面塌陷对城市地埋管线影响的试验研究及数值分析

首先通过大型土工槽内的地埋管线试验研究,从管线底部砂土的开挖扩洞入手对管线的变形及应变进行测试与分析,模拟了现实中地面塌陷对地埋管线的影响;其次,利用三维有限元模型进行了非线性仿真分析,计算中考虑了扩洞时逐渐杀死相应土体单元的过程,得出的管线位移及应变结果与试验数据吻合良好,该方法为地面塌陷的后果预测与预防提供新的分析途径。     

基于接触单元的埋地管线有限元抗震分析

埋地管线有多种简化计算模型,但计算结果相差较大.管土之间的相互作用可以看成管土接触问题,利用接触单元建立埋地管线及土体三维实体模型,并对地震荷载作用下的管线进行应力计算,给出了最大轴向应力.对比规范方法、理论方法、梁-土弹簧模型、管土接触模型的4种计算结果,现有简化模型的计算结果偏小,偏于不安全.     

地下采矿对埋地输气管道变形影响分析

管道通过不同矿区,矿层特征不一,开采工况不同,对管道造成的沉降不同.为得出采空区地表沉陷对埋地输气管道位移量的影响,运用ABAQUS软件,结合三向土弹簧非线性模型,建立有限元计算模型,分析了不同开采深度及开采厚度下地表变形情况,管道竖向位移和水平位移在不同开采厚度下的变化规律,以及管道最大位移量随开采厚度的变化情况.研究结论对穿越采空区埋地输气管道的风险评价和维护措施的制定具有一定参考价值.     

波浪条件下海底管线与沙质海床间的相互作用

海底管线的稳定性问题是海底管线设计的关键问题之一.通过大型通用有限元软件ABAQUS,应用较为简单的线弹性模型,对海床采用平衡地应力、简化渗流力的方法,建立海底管线模型,初步模拟近海埋置管道与海床之间的相互作用,分别计算了管道在自重和简谐波浪荷载作用下的管道变形及受力状况.计算结果显示,管道自重造成的屈曲对管道的稳定性影响不大,但管道屈曲是破坏海底管道稳定性的最直接的重要原因之一,由于管道自身的屈曲,沿管道截面圆周上各点的位移差比管线整体位移小2个数量级.在自重和波浪荷载两者的共同作用下,管道受土体的挤压,产生较大的弯曲和较小的侧向扭曲,最大弯曲变形比自重作用下的管道最大变形小1个数量级,侧向扭曲位移较弯曲位移小2～3个数量级.     

埋地管线面积腐蚀率概率密度的模拟分析

利用马尔可夫过程,提出了管线腐蚀的发生模型,然后结合线性腐蚀发展模型,采用全概率公式,给出了埋地管线面积腐蚀率随服役时间变化时的概率密度函数解析表达式.将腐蚀发展模型中的参数分别考虑为确定变量和随机变量,推导出管线面积腐蚀率概率密度函数的具体表达式.结合具体的算例模拟分析,给出了管线面积腐蚀率概率密度函数随服役时间增加的演变过程.计算结果表明,模型可以很好地估计管线在使用过程中腐蚀的演变规律.     

采空区土体沉降对埋地输气管道的影响

针对采空区土体沉降严重威胁埋地输气管道安全运行的状况,对土体沉降后管道的受力进行分析,基于管—土相互作用单元并结合三向土模型弹簧,运用有限元分析软件对土体沉降下埋地输气管道进行数值模拟,主要分析了埋深、采深与采厚对管道应力、位移和应变的影响.模拟结果表明:在采空塌陷区,管道覆土厚度的变化对管道的影响并不是主要的;相同采厚下,采深变化引起的管道力学特征值的改变量相差较小;相同采深下,随着采厚的增大,管道的各项力学特征值均有所增加.     

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.     

建筑载荷下采空区地基变形有限元分析

为了解决不同位置载荷采空区覆岩应力分布以及对地表建筑物影响的问题,结合采煤引起的开采沉陷研究理论,应用有限元方法,建立基本数学模型,选取合理的计算参数,进行数值模拟,绘制出不同位置载荷的条件下采空区位移分布等值图.结果表明:相对于采空区中心不同位置的载荷对采空区覆岩的位移分布情况,有较大的影响,由采空区的中心到采空区边缘岩层的垂直和水平位移变化较大,这是影响采空区地表建筑物稳定性的一个重要条件.     

埋地管线-土轴向动力相互作用等效弹簧系数取值

通过解析法和振动台试验数据对埋地管线管-土轴向动力相互作用等效弹簧系数取值进行研究.从一维柱面SH波波动方程出发,重新阐释Matsubara和Hoshiya推导的管-土轴向动力相互作用等效弹簧系数解析表达式,并对主要影响参数进行分析;利用埋地管线振动台试验结果对小震时(0.1g)管-土轴向动力相互作用进行分析,给出等效弹簧系数,并与解析解进行对比.分析结果表明,对于本试验条件,采用解析法计算的等效弹簧系数和试验分析结果较为接近,相对偏差约为7.4%,在一定程度上验证了解析方法的合理性,并根据工程需要,给出管和土未发生相对大位移时的等效弹簧系数取值范围:0.6G～2.0G(G为土体剪切模量).     

地表变形与地震共同作用下框架结构受力分析

采空区利用是矿区研究的重要组成部分,通过分析框架结构在地表变形与地震力共同作用下的受力和变形后得出:随着负曲率值的增大,基底反力两端加载中间卸载明显,柱底轴力由边柱向中柱转移趋势明显,同时梁两端弯矩及剪力均有不同程度的增加;在正曲率变形作用下,变化规律与负曲率正好相反。地震作用使得框架结构的受力和变形不再对称,发生偏移,并且最大值均有不同程度的增加,因此进行采空区建筑结构设计时应当综合考虑矿区地质资料和抗震设防。     

黄土山区矿井地表移动变形数值模拟

黄土山区地形条件复杂,煤层地下开采引起的地表移动变形规律与平原区不同。文中以最具代表性的铜川矿区为例,运用有限差分法数值计算软件(FLAC3D)研究了黄土山区地下煤层开采引起的地表移动变形的规律。研究表明,黄土山区地表移动变形除了有向采空区方向移动的位移分量外,还有向山坡下方移动的位移分量,地下煤层顺坡向开采可在一定程度上减缓和控制山区地表采动损害。     

考虑地基液化后大变形的桩-土动力相互作用分析

地基液化后的侧向变形是导致桩基础震害的主要原因之一。该文给出了1995年日本阪神地震中水平地基液化后的侧向大变形对桩基础破坏作用的调查结果;在能统一描述饱和砂土液化前后尤其是液化后的大剪应变响应的本构模型的基础上,采用Penzien简化法建立桩一土相互作用计算模型,对该震害实例进行了计算分析。分析结果表明,考虑地基液化后剪应变分量的桩基础变形的计算值和实测值符合较好,液化后的剪应变分量控制着桩基础的残余变形。     

周期荷载作用下沥青路面层间性能及永久变形分析

为提高半刚性基层沥青路面层问抗剪强度以及抵抗永久变形的能力,充分发挥其使用功能,基于黏弹性力学理论,应用有限元方法研究周期荷载作用下沥青路面层间剪应力分布情况以及路面永久变形发展规律.结果表明,沥青面层的黏弹性有利于面层间剪应力的松弛,但会增大基面层问剪应力;动载的卸载回复作用导致层问剪应力峰值随时间变化率小于静载下的相应值;轮缘外侧的隆起变形较轮隙处的小,下面层的永久变形较上面层的大;轮隙处和轮心处均在上面层以下某处出现最大蠕变应变值,但轮隙处出现最大蠕变应变值的深度较轮心处的大.因此,路面设计必须对半刚性基层和沥青面层的层间黏结性能,以及下(中)面层抵抗永久变形的能力给与足够的考虑.     

近断层地震作用下基础隔震层弹簧软限位分析

基础隔震能有效减轻结构地震响应.但在近断层脉冲型地震作用下,隔震结构的隔震层会发生较大位移,导致隔震结构侧倾失稳.本文采用弹簧限位装置进行软碰撞限位,利用软件SAP2000计算近断层地震作用下限位隔震结构的动力响应,分析限位装置不同预留距离、不同限位刚度对隔震层最大位移和上部结构最大层间位移的影响.     

建筑地基采空区注浆充填及检测技术

概述了我国采空区地表建筑概况,介绍了某矿拟在采空区地表新建住宅楼的基本情况,根据该采空区特点,采取了采空区注浆充填处理。在工程实践的基础上,提出了注浆充填有关技术工艺、参数的确定方法,及注浆效果的检测技术等。本工程的浆液扩散半径达到了10～30m,钻孔间距为10～15m;注浆充填率取0.85,浆液结石率取0.85;外加剂水玻璃的用量为3%～5%。检测结果表明,充填结石体强度满足设计要求。     

复合地层TBM隧道变形演化规律研究

以重庆轨道环线TBM(硬岩隧道掘进机)区间隧道为背景,利用有限差分数值分析与现场监控量测相结合的方法,对复合地层TBM隧道施工影响下地层变形进行了研究。对上软下硬复合地层、倾斜复合地层及均质地层3种工况下的数值计算结果表明:复合地层条件下隧道顶部及底部位移较大,而隧道周边收敛位移较小;隧道开挖时掌子面前方1倍直径处开始发生明显位移,并于掌子面后方3~5倍直径处趋于稳定,整个隧道纵向沉降曲线呈明显的"S"型。现场监测结果显示,受复合地层差异的影响,地表沉降呈偏态单凹槽状的数值计算结果与现场监控量测数据反映的规律基本相同。     

沥青混合料永久变形的弹黏塑-损伤力学模型

对Burgers模型中串联黏壶进行了改进,并将改进模型看成是由三单元Van Der Poel模型与黏塑性元件串联组成.综合运用黏塑性力学和损伤力学理论,同时引入应变硬化变量和损伤软化变量,建立了基于应变硬化理论的沥青混合料损伤蠕变模型.再采用半正矢波间歇荷载模拟实际路面轮载作用,推导了重复荷载作用下沥青混合料永久变形的弹黏塑性损伤力学模型.根据室内重复荷载永久变形试验结果,运用最小二乘法原理,得到了弹黏塑性损伤力学模型的相关参数,并对该模型进行了验证.验证结果表明,该模型可以全面、统一地描述沥青混合料永久变形的三阶段特性.