不同地質(zhì)條件下管線破壞研究

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

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