滑坡作用下变形埋地管道应力分布反演研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:aqxielin
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山体滑坡对长距离石油和天然气管道的运输安全产生极大的威胁。一旦发生滑坡事故,由管道泄漏造成的经济损失不可估量。因此研究滑坡地段变形埋地管道应力分布反演,可以在减少工作量的情况下,可以实时监测管道应力分布状态,并对管道危险节点作出预测,以及对管道的安全状况进行评估,可以根据管道故障的风险合理地制定维修或更换计划。本文首先分析了滑坡下埋地管道的应力状态和力学行为,给出了相应的力学计算模型。其次,建立了滑坡段管道的ANSYS有限元模型并进行了简化,并对其作出了可靠性分析。最后提出滑坡作用下埋地管道应力分布反演理论并分析了管径、管材、埋深以及土壤性质等因素对横向滑坡管道应力的影响。主要结论如下:1.分析了滑坡埋地管道的应力状态和力学行为,给出了相应的力学计算模型。分析了滑坡作用下埋地管道的受力类型,以及研究了滑坡作用于管道的不同受力状态;分析了横向滑坡、纵向滑坡以及管轴与滑坡体成一定角度的滑坡的力学状态,为对滑坡作用下变形埋地管道应力反演研究奠定了理论依据;介绍了不同载荷下埋地管道应力的解析计算模型。2.对滑坡段的管道建立ANSYS有限元模型并对其进行了简化,最后对其作出了可靠性分析。根据实际滑段管道在模型中选取了材料属性及单元类型,并对其进行规则网格划分,根据实际情况设置了约束条件和边界条件,对管道滑坡之间设置接触对来模拟管土相互作用;基于上述有限元模型,对滑坡段埋地管道进行了数值模拟。通过ANSYS有限元模拟结果与文献中的测量数据对比,有限元模型的计算结果与实验测量值更稳定,变化规律也一致,验证了建立的滑坡管道有限元模型的可靠性。3.建立了滑坡作用下作用的埋地管道的变形模型,建立非滑坡区管道的分析方法,提出滑坡区的管道几何变形方程。根据滑坡区域土壤性质,建立滑坡区域管道受力分析平衡方程以及内力计算递推公式,根据非滑坡区和滑坡区变形及力学协调条件推导出滑坡区和滑坡区连接点处的内力计算公式,最终得到滑坡管道应力分布反演分析方法。4.利用ANSYS有限元模型与应力反演理论分析管径、管材、埋深以及土壤性质对横向滑坡管道应力的影响,得到:(1)管径越大的管道外表面的面积越大,直接增大了其与滑坡体土壤之间的接触面积,覆于管道上的滑坡体土壤压力随之增大。因此,建议在滑坡区域铺设直径较小的管道;(2)滑坡埋地管道受力增大时,管道会依次经历弹性、弹塑性和塑性三个变形状态。管道最小屈服强度越小,管道越容易发生塑性形变,产生安全隐患的可能性越大。为避免管道塑性形变的发生,施工中应选用屈服强度较大的管道;(3)滑坡段管道埋深越大,管道上方的土壤对管道的压力和摩擦力越大,管道所受应力也随之增大。因此,在穿越滑坡多发地段时,建议采用管道浅埋方式;(4)随着降雨量的增加,滑坡体的土壤饱和度也随之增加。滑坡体的密度增加,管道的上覆压力增加。因此,在降雨期间应保护滑坡体。
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