伴随着我国综合国力的快速提高,城市化建设逐渐加快了脚步。然而油气资源是城市运转和经济发展的重要基础保障,由于埋地管道运输在石油运输中应用广泛,为长距离输送油气的主要运输方式,近年来埋地输油管道的铺设范围在快速扩大。在我国西北和东北地区铺设管道时,不可避免的会穿越冻土区,在冻土区因土体温度场和冻土层厚度等因素的影响,尤其是季节交替时的冻融循环现象易使管道发生冻胀和融沉等不良现象。本课题的主要研究内容是对冻融循环作用下的管道受力性能进行研究,研究在冻融循环作用下管道的受力特点,并且找到冻融温度上下限、冻融周期、管道埋深、管径、管道壁厚等因素对管道在冻融循环作用下受力特点的影响。本文结合设计试验方法和软件模拟方法对埋地管道进行了研究分析,主要有以下两个方面:1.有限元模拟内容:利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件,模拟管道冻融循环环境,进行水热力三场在三维空间内的全耦合。其中土体物理场包括:水分场、力学场、多孔介质传热场,考虑水的不饱和渗流、冰水相变、土的冻胀等问题;考虑输油管道的热流固耦合,管道内部油温随时间和位置周期性变化。2.试验分析内容:按照1:10～1:20比例制作实验模型,按照可能的影响因素设置不同的对照组,在实验室利用冻融箱实现重复的冻融循环过程,实时监测冻融循环下管道内力的变化情况,并记录下来。最终通过实验研究,对比分析得出寒区埋地管道冻融循环下受力特性的一般规律,为工程设计提供依据,减少当地管道因冻融破坏所造成的经济损失,填补国内关于管道冻融循环动态分析过程的空缺,将土体的冻融循环过程和管道的冻胀融沉破坏结合起来。