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      不同地質(zhì)條件下管線破壞研究

      2019-06-11 07:04:07王瓊王洪波徐朝陽唐雯雯江雙雙
      科學與財富 2019年9期
      關(guān)鍵詞:基巖屈曲黏土

      王瓊 王洪波 徐朝陽 唐雯雯 江雙雙

      摘 要:中國的管線分布廣泛,沿線地質(zhì)形態(tài)復雜,受到地質(zhì)環(huán)境損傷程度也不同。本文分析國內(nèi)外各種地質(zhì)條件下對管線造成破壞的基礎(chǔ)上,對埋地管線建立了有限元模型。

      關(guān)鍵詞:地質(zhì)條件,管線破壞,模擬研究

      1.埋地管道破壞模式

      埋地管道跨斷層時,其破壞模式可分為三類:裂紋破壞、屈曲破壞、坍塌和塌陷破壞。裂紋破壞發(fā)生在斷層與管道交角小于90度時,特別是當軸向拉伸應變超過管道屈服允許值時,容易發(fā)生應力集中。裂紋破壞可分為 橫向裂紋、縱向裂紋、斜裂紋和扭轉(zhuǎn)裂紋四種類型。當管道與斷層交角大于90度時,發(fā)生屈曲破壞。根據(jù)埋設(shè)情況、斷層交角和管壁厚度等不同因素,曲破壞可分為三種類型:梁式屈曲,管子埋得比較淺,回填土又比較疏松,容易發(fā)生此類破壞;鉸式屈曲,管道與斷層之間的夾角大于90度小于180度,管道除了受壓載荷外,還會受到彎曲荷載作用時發(fā)生此類破壞;殼體屈曲,在受純壓縮載荷作用下,管徑較大,管壁較薄,很容易發(fā)生這種情況。坍塌與塌陷破壞包括圖1(a)的局部坍塌和圖1(b)的局部塌陷。

      2.有限元模型參數(shù)的選取

      研究對象為不同地質(zhì)管線破壞的研究,由于在管線的布置過程中彎管或接頭位于斷層的情況很少,所以取直管段跨越斷裂帶。若取的模型尺寸勢必會增加不必要的計算時間,為了獲得管道合理的計算長度,進行了多個文獻的查取,通過文獻的查取,可知道在斷裂帶周邊一定范圍之內(nèi),管道不再受斷層所影響或者影響很小。如表1所示。

      綜合表1最終確定計算的合理長度為450米。模型結(jié)構(gòu)長度為450m,取模型的寬度為30m,高度為25.016m,管道直徑為1016mm,埋深2.4m。軟硬相間地質(zhì)中分割位置為結(jié)構(gòu)中心處,傾斜角度為45°,管線通長布置。其中跨斷層上覆土層厚度為21.016米,下部基巖4米,上覆土層中管線通長布置。斷裂帶為一傾斜的薄弱巖體,位于模型的中間部位,斷層傾角75°。模型主要由下部土層(基巖)、上覆土層(軟黏土)、斷裂帶(砂土)、管線(鋼材)組成。

      3. 有限元模型的建立

      模型結(jié)構(gòu)長為450m取模型的寬為30m,高為25.016m,分割位置為結(jié)構(gòu)中心處,傾斜角度為45度。選擇基巖-軟土(深藍色)、基巖-砂土(粉色)、基巖-軟黏土(黃色)、基巖-中硬黏土(綠色)、基巖-硬黏土(紫色)五種情況進行對比分析,如圖3-9所示。

      參考文獻:

      [1]王瓊. 跨斷層隧道地震反應分析[D].中國地震局工程力學研究所,2011.

      [2]唐永進. 壓力管道應力分析[M]. 北京:中國石化出版社,2009:95-97

      [3]李杰.生命線工程抗震—基礎(chǔ)理論與應用[M].北京:科學出版社,2005.

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