堆载作用下埋地管道应力影响因素及失效荷载研究*

为探究地面堆载导致埋地油气管道失效的事故影响因素,通过对管道在堆载作用下的工程案例进行概化,以X70管道为研究对象,采用有限元软件建立管道在堆载作用下的三维模型,采用理论计算验证模型的可行性,开展管道应力与变形分析,探讨不同的堆载强度、管道埋设深度、下卧层土体杨氏模量、管道内压与堆载偏移距离对管道应力的影响,同时开展多因素耦合研究。研究结果表明:深埋管道会促进附加应力向两端扩散,管道中心部位以外的应力值呈现为深埋＞浅埋;当下卧层杨氏模量大于20 MPa后,管道偏于安全;内压在0~2 MPa时,可以抵消部分堆载对管道的影响,内压大于2 MPa后,管道应力整体增大,此时管道应力由内压主导;得到不同管道埋深与不同下卧层土体杨氏模量耦合工况下X70管道失效时的堆载强度。研究结果可为埋地管道在堆载作用下的安全防护问题提供参考。     

地面爆炸载荷下埋地管道动力响应分析

为研究地面爆炸载荷作用下埋地管道的动力响应问题,建立了爆炸载荷下的埋地管道数值计算模型,对地面爆炸后埋地管道的应力、变形过程进行了仿真,并研究了炸药量、管道壁厚和管顶覆土厚度对管道应力应变的影响规律。结果表明:地面爆炸发生后,管道应力和变形在短时间内迅速增大,较短作用时间后开始稳定,随后主要往轴向扩展,高应力区和塑性应变区出现在管道上半部分,管道回弹前高应力区局部出现应力衰减;越靠近迎爆点,管道应力波动越大;炸药量越大、管顶覆土厚度越小,埋地管道截面的应力波动越大;炸药量越大、管道壁厚和管顶覆土厚度越小,埋地管道变形越大。     

基于有限元的局部突变位移载荷下埋地管道力学分析

冻土融沉、盐渍土溶陷等地质灾害会导致局部土壤产生一定位移,对埋地长输管道安全性构成威胁。为保障埋地管道的安全运行,建立了局部突变型位移载荷作用下埋地管道力学分析模型,采用非线性土弹簧描述管土相互作用,分析了局部突变区域长度及突变位移量对埋地管道受力的影响。研究结果表明:因局部突变区长度与突变位移量的不同,管道存在3种受力状态,当局部突变区域长度大于临界突变区长度时,管道轴心应变与弯曲应变在突变区域内不产生耦合,此时在突变区域两端可等效为2个垂直正断层,即为第一种受力状态;当突变区域长度小于临界突变区长度时,随着突变位移的增加,管道应变随之增加,管道轴心应变与弯曲应变在突变区域内不断叠加,即为第二种受力状态;在第二种受力状态基础上,当突变位移大于临界突变位移时,管道应变不再发生变化,管道等效为受到垂向均布荷载的作用,即为第三种受力状态。研究结果可为工程中管道穿越地质灾害区域的设计提供参考。     

重型车辆荷载下埋地天然气管道的安全分析

道路下的埋地天然气管道在重型车辆荷载通过时,管道受力一旦达到破坏强度就可能产生安全事故,造成天然气泄漏而引发燃烧与爆炸的危害,需要进行安全分析来判定重载车辆能否安全的通过道路运输。该文用理论计算和实验检测的方法综合起来分析埋地管道的相关力学参数,然后与管道自身的强度参数进行比较,从而判断埋地管道是否破坏。通过实例验证的方法说明了该方法在类似的项目分析中具有适用性和操作性,并提出了分析方法应用的初始条件。该方法可以作为判断埋地天然气管道在重载车辆作用下的一种安全评价方法,在条件允许的情况下可以利用数值模拟的方法进行比较印证,从而得到更为可靠的判断结论。同时,该方法也为埋地天然气管线在重载作用下的保护提供了基础资料,可以在此指导下更有效的保护天然气管线免受破坏。     

滑坡灾害中埋地管道稳定性分析

滑坡灾害导致的管道局部失稳是油气管道面临的严重威胁之一。为了探讨滑坡灾害中工程管道位移、应力随参数的变化规律,研究管道结构稳定性,采用有限元方法,以管道外径、径厚比、滑坡宽度为研究变量,计算并分析了在滑坡灾害中管道位移、应力和稳定性。研究结果表明:增大管道外径可以有效抑制滑坡灾害中管道位移,同时随着管道外径的增加,管道最大位移呈现二次曲线降低,并且径厚比越小管道位移增量越小;滑坡灾害中管道的最大应力发生在滑坡中心和两端位置;以外径为0.965 m管道为例,屈曲特征值分析结果显示,随着管道径厚比的增大,屈曲特征值呈二次曲线减小;随着管道外径的增加,屈曲特征值呈线性增大,并且屈曲位置发生在滑坡段中间位置,管道所能承受的极限滑坡宽度约为70 m。     

初始几何缺陷对埋地管道屈曲临界载荷影响研究

管道初始几何缺陷与屈曲临界载荷间的关系已经成为新的研究方向。利用有限元方法对管道初始几何缺陷与临界载荷的关系进行研究,建立管道模型,在特征值屈曲分析基础上,输入不同比例的几何缺陷,逐个分析管道模型中节点的横向位移情况。结果显示,当几何缺陷达到一定程度时,屈曲临界载荷明显降低,且与初始几何缺陷具有线性相关性,利用Matlab对结果作线性拟合,给出了修正后的屈曲临界载荷公式。     

不同穿越角度对采空区埋地管道力学行为的影响

为解决采空区煤矿工作面逐渐开采引起的埋地管道力学行为变化问题,以实际地质参数为基础,运用有限元软件建立管-土三维有限元模型,模拟水平煤层工作面推进方向与管道走向之间不同夹角以及不同煤层倾角时工作面逐步开采引起的埋地管道力学行为变化,得出在2种情况下埋地管道的力学行为时变性规律。结果表明:水平煤层不同夹角开采时,在开采中后期,随着开采时间的不断增加,大夹角工况下的管道最大应力位移增长速度比小夹角工况快;开采完成后,水平夹角越大管道越危险;不同煤层倾角时,埋地管道最大位移变化随开采时间的增加基本呈线性趋势,且煤层倾角越大,管道的最大位移越小,管道越安全。     

埋地成品油管道泄漏强度模型与试验验证

针对泄漏事故频发的埋地成品油管道,搭建埋地成品油管道泄漏试验平台,以柴油为输送介质开展试验。通过试验获得,管道泄漏量及泄漏强度随输油压力和泄漏孔面积增大而逐步增加,在输油压力较小时,泄漏孔位置对管道泄漏量及泄漏强度有影响,但随着输油压力的逐步增加,泄漏孔位置对泄漏量及泄漏强度的影响逐渐减小。同时根据伯努利方程推导得出埋地成品油管道泄漏强度模型,将试验参数代入模型,对比模型计算值与试验数据,结果表明,计算结果与试验数据吻合良好,验证了模型的正确性,可用于指导埋地成品油管道泄漏事故的定量风险评价及处理。     

城市天然气埋地管道在线检测技术研究

分析了城市天然气埋地管道在线检测的项目和方法。介绍常用的PCM法检测原理,以及通过A字架确定防腐层破损点的检测方法,并结合实际检验项目,详细分析了如何利用这些方法进行城市天然气埋地管道在线检测,以及分析了这些项目检测的可行性和存在的不足。     

在役埋地燃气管道的可靠性与风险评估

分析了在役埋地燃气管道的可靠性与风险评估的重要性,说明了对在役管道进行风险评估是减少事故损失、节约维修资金、保障管道安全营运的有效途径。腐蚀是影响在役埋地燃气管道寿命的主要原因,提出了用于埋地燃气管道腐蚀风险评估的有效方法。     

滚石冲击作用下埋地高压输气管道的可靠性分析

地质灾害往往会对高压输气管线造成安全隐患,岩体崩塌引起的滚石冲击是导致埋地输气管道第三方破坏的主要破坏形式之一。通过概率分布求出滚石产生的偶然性载荷对管道的冲击频率,根据可靠性理论,用管线钢自身的强度和撞击产生的工作应力,建立强度应力的安全裕度方程。然后利用LS-DYNA有限元软件,建立滚石冲击管道模型,计算不同条件下埋地输气管道的最大应力Sm,确定Sm的分布规律。最后,根据应力和强度的分布求得管道可靠度指标和失效概率。本研究提供的方法和结论对埋地输气管道的风险评估、管道的设计及施工具有重要的参考价值。     

多元联系数的集对分析法在城市燃气埋地管道系统危险性评价中的应用

城市燃气埋地管道系统中存在诸多不确定因素,集对分析是处理不确定性问题的系统分析方法,它将系统中确定与不确定因素作为一个整体进行处理。针对多元联系数集对分析评价方法存在的不足,讨论其使用条件,运用集对分析的多元联系数对系统的危险等级进行划分。为了减轻评价者的主观影响,根据评价专家的综合素质,对评价专家进行权重赋值。最后将评价结果与集对势相结合对系统的危险性进行综合分析,使得评价结果更符合系统的发展变化特点。     

特大采空区处理及监测方案设计研究

分析国内采空区的现状及其处理的一般方法,针对广西北山矿业有限责任公司4#特大采空区具有体积大、形状不规则等特征,根据采空区现场调查情况和地表允许塌陷的特点,给出了采空区顶板条形药室大爆破崩落处理方案,为保障采空区综合治理工程在施工过程中的安全,制定了地压监测和位移监测方案.采用声发射、巷道收敛位移和岩体张开裂纹位移等监测技术手段,利用声发射仪、收敛位移计和游标卡尺等监测仪器,构建了系统的地压和位移监测网络,明确了监测内容、监测频率和预警制度.工程实际表明:该监测方案可以为条形药室施工、装药及爆破施工过程提供安全保障.     

基于监测数据的土壤源热泵系统设计优化分析

针对建筑中地源热泵系统实际地下换热过程复杂、设计困难等问题,以苏州地区某浅埋式地源热泵系统为研究对象,运用TRNSYS软件搭建地源热泵仿真模型,对一定条件下埋管内冷却水流速与地源热泵系统性能的耦合关系进行了模拟分析。仿真结果表明相同蓄热体积下埋管深度对系统性能影响较小。增大冷却水流速有利于土壤温度恢复,但系统耗电量增加。该浅埋式地源热泵系统冷却水流速1~2 m/s均在合理范围内,且埋管深度越大,最佳设计流速越小。     

填埋场垃圾体的安全稳定性分析

卫生填埋场是一种安全经济、行之有效的固体废弃物最终处置方案.笔者总结分析了固体废弃物填埋场边坡不稳定问题以及其稳定破坏的类型和破坏机理,影响填埋场垃圾体稳定性的因素等,研究表明固体废弃物的强度指标、填埋体中淋滤液的饱和度、边坡角度和浸润线的埋深,以及填埋年代等因素都会影响填埋场垃圾体的稳定性.在此基础上,指出了目前填埋场垃圾体稳定问题研究的不足,提出了相关建议.     

旧路改造工程路堤稳定性安全监测方案设计

本文从旧路改造工程的特点出发,通过室内实验获取土力学参数并对沉降量进行预测计算.利用沉降仪、测斜管、孔隙水压力计、土压力盒等多种测试仪器,选取有代表性的观测断面,对经过土工格栅加筋处理的软土地基进行了高路堤施工期间的沉降与稳定观测,并提出适合工程特点的控制标准.从而达到控制路堤稳定、检验填筑质量、控制差异沉降、为路面施工提供技术支持的目的.     

不同应力场条件下巷道稳定性研究

为了确定不同应力场（σH型、σHv型和σv型应力场）下巷道围岩的稳定性,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,通过对巷道围岩的应力和塑性区分布特征的分析,综合评价不同巷道布置方向巷道围岩的稳定性。研究结果表明:σH型和σHv型应力场,巷道与最大水平主应力夹角在0°～40°水平应力峰值处于较低的应力状态,夹角在50°～90°水平应力峰值处于较高的应力状态应力,夹角在40°～50°水平应力峰值急剧上升;σv型应力场,水平应力峰值呈缓慢上升趋势;确定巷道的最佳布置方位与理论分析相一致。以常村矿为应用实例,进一步验证了结论的正确性,为矿井合理的巷道布置提供了理论依据。     

煤田采空区对地面地震动的影响

研究了煤田采空区对地面地震动的影响以及采空巷道的动应力分布.采空巷道用地表下圆孔来近似模拟,入射波场为造成较大震害的SH波.该问题采用镜像法求解,利用波函数展开和内域型Graf加法公式将解答归结为一组无穷代数方程组的求解,截断该无穷代数方程组可求得该问题的数值结果.最后,通过算例考虑了圆孔的动应力集中和地表动位移.结果表明,圆孔的动应力集中和地表的位移取决于入射波频率、角度和圆孔半径、埋深.该研究结果为煤田采空区的地震安全工作提供有益的参考.