横向滑坡过程中管道的内力和变形计算

将滑坡体中的管道简化成大挠度的梁,将滑坡体外管道看作半无限长的梁或杆,考虑管梁的几何非线性、滑坡体外土壤的纵向抗力的物理非线性以及管道的内压和温差作用,基于滑坡体内外管道内力和变形的连续性,推导得出了在当量轴向力为拉力或压力两种情况下管道的内力和位移的有关计算式,提出了当量轴力为拉力或压力的判别式。横向滑坡中埋地管道的位移和内力计算最终归结于两个非线性方程的求解,可用牛顿迭代法或作图法解之。提供了     

重型车辆碾压下埋地X70管道力学响应

【目的】随着中国城镇化建设的不断推进,重型车辆通过埋地管道上方的情况日益增多,探究重型车辆碾压下埋地管道力学响应规律对保障油气管道安全运行具有重要意义。【方法】以埋地X70管道为研究对象,设计并开展车辆碾压管道室外实验,采用应变电测法获取管道响应数据,总结管道土压力和轴向应力的响应规律;使用ABAQUS软件建立土体-管道有限元仿真模型,采用非线性接触模型模拟管土相互作用,将车辆荷载简化为移动面源恒载,编写DLOAD子程序实现加载,按照实验工况进行仿真。【结果】所得管道附加轴向应力的仿真值与实验值偏差小,且土压力、轴向应力分布规律与试验结果相同,验证了管道土压力、轴向应力的响应规律;基于验证后的有限元模型,采用单一变量法,通过仿真探讨了车辆载重、车辆速度、管道直径、管道壁厚、填土高度与管道内压6种参数对管道轴向应力的影响规律。【结论】两侧履带正下方截面处管顶土压力和轴向应力均大于中心截面处,管底轴向应力小于中心截面处。增大管道直径、管道壁厚或填土高度均可减小车辆碾压引起的管道附加轴向应力,但改变车辆速度与管道内压对管道附加轴向应力无显著影响。研究所得埋地管道力学响应规律可为重型车辆碾压下...     

滑坡作用下横向折线形埋地输气管道的力学响应

中卫—贵阳联络线K1224斜坡上的输气管道为典型的横向折线形埋地管道,受坡脚公路开挖和降雨影响,该段斜坡滑动导致管道变形。基于数值模拟和现场监测,通过管土分离的非完全耦合途径分析了不同工况下滑坡变形破坏特征和由此导致的管道力学响应。结果发现:坡脚公路开挖叠加降雨后滑坡活动加剧,管道沿坡体滑动方向水平位移尤其明显,在转折端附近出现位移突增现象;管道转折端附近应力明显大于直管段,受微地形控制的不均匀滑坡位移及其力矩作用造成管道南侧转折端附近应力集中程度最大;管道南侧转折端附近应力已接近管道材料极限应力,是该段管道最危险的部位。(图11,表4,参24)     

滑坡作用下横向折线形埋地输气管道的力学响应北大核心

中卫—贵阳联络线K1224斜坡上的输气管道为典型的横向折线形埋地管道,受坡脚公路开挖和降雨影响,该段斜坡滑动导致管道变形。基于数值模拟和现场监测,通过管土分离的非完全耦合途径分析了不同工况下滑坡变形破坏特征和由此导致的管道力学响应。结果发现:坡脚公路开挖叠加降雨后滑坡活动加剧,管道沿坡体滑动方向水平位移尤其明显,在转折端附近出现位移突增现象;管道转折端附近应力明显大于直管段,受微地形控制的不均匀滑坡位移及其力矩作用造成管道南侧转折端附近应力集中程度最大;管道南侧转折端附近应力已接近管道材料极限应力,是该段管道最危险的部位。     

陕京管道滑坡灾害预警标准计算与分析

为了研究陕京管道滑坡灾害监测预警技术,以管道地质灾害监测方法为理论依据,选取研究区内典型滑坡体为研究对象,综合考虑地灾点的发育情况、典型性、对管道的威胁程度、设备的保存安全性等条件,设计监测方案,安装一体化专业监测设备,收集地灾点的降雨量、滑坡地表裂缝位移及深部位移等监测数据。分析监测数据发现:陕京管道沿线滑坡现阶段变形量很小,整体较稳定,不会因发生滑坡而威胁管道隧道安全。预警分析发现:无雨状态下,滑坡体最稳定,滑坡体最大位移最小。随着降雨量的增多,滑坡体稳定性下降,最大位移变大,体现在滑坡体上即裂缝增大。为了得到一个预警的变形值,分别取3种工况时的80%位移值为预警标准值,分级确定了预警标准位移。     

陕京管道滑坡灾害预警标准计算与分析北大核心

为了研究陕京管道滑坡灾害监测预警技术,以管道地质灾害监测方法为理论依据,选取研究区内典型滑坡体为研究对象,综合考虑地灾点的发育情况、典型性、对管道的威胁程度、设备的保存安全性等条件,设计监测方案,安装一体化专业监测设备,收集地灾点的降雨量、滑坡地表裂缝位移及深部位移等监测数据。分析监测数据发现:陕京管道沿线滑坡现阶段变形量很小,整体较稳定,不会因发生滑坡而威胁管道隧道安全。预警分析发现:无雨状态下,滑坡体最稳定,滑坡体最大位移最小。随着降雨量的增多,滑坡体稳定性下降,最大位移变大,体现在滑坡体上即裂缝增大。为了得到一个预警的变形值,分别取3种工况时的80%位移值为预警标准值,分级确定了预警标准位移。     

典型地质灾害下埋地管道的应力计算

地质灾害是导致埋地油气管道破坏失效的主要原因之一,特别是管道沿线的山体滑坡、地层沉降及地面塌陷等严重威胁着管道的安全运行。基于已有研究,介绍了几种分析管土耦合作用的常用模型,总结了地质灾害作用下埋地管道应力计算方法。采用实验模拟与数值模拟相结合的手段,开展了塌陷、沉降以及滑坡地质灾害下管土相互作用实验以及FLAC 3D数值模拟,分别得到了3种地质灾害下的管道应力分布情况,通过比较实验结果、数值模拟结果以及管道理论模型计算结果可得:采用有限差分软件FLAC 3D开展管土相互作用模拟是可行的;仅考虑管道、输送介质以及土体重力载荷得到的理论计算结果与实验及数值模拟的结果相差很大,需要考虑土体摩擦力以及黏聚力等参数的影响,对管道应力计算方法进行改进。     

冻土区坡体蠕滑作用下管道应力数值计算

长输油气管道在一般地段埋地敷设,当经过季节性斜坡冻土区时,由于冻融引起的坡体蠕滑作用导致管道产生附加应力。通过安装管道轴向应变传感器可监测坡体蠕滑作用导致的管道轴向应力变化,但开展管道强度评价时,需要明确管道应变监测初始应力,由于应力检测技术多在实验室环境下使用,工程上并不成熟,目前行业内一般通过有限元建模计算方法获取管道应变监测初始应力。以涩宁兰一线某穿越斜坡季节性冻土地貌埋地管道为例,介绍了位于季节性冻土区的管道当前面临的主要风险、土体位移分布形式与位移的确定,以及季节性冻土区斜坡体位移作用下管道的受力和变形情况。采用向量式有限元方法,利用空间梁单元和非线性土弹簧模型对灾害点管道进行了数值模拟,并得到管道现状应力分布,为确定管道本体应变监测截面位置、估计管道现状应力分布及管道安全评价提供依据。     

滩海埋地管道变形相似试验与抗漂浮数值计算

研究滩海天然气管道的变形规律和抗漂浮问题,可为该方面设计和计算提供参考依据,对保障管道安全运行有着重要意义。设计了滩海埋地天然气管道变形相似试验,模拟了在预定工况下滩海管道的变形过程,并采用有限元软件ANSYS计算了相同工况下的管道与土体的受力变形结果,与试验结果进行了对比,从而提出了一套关于滩海管道抗漂浮计算的有限元计算方法。采用ANSYS对实际工程管道的抗漂浮计算结果表明：在管道模型两端约束区,局部应力集中现象比较严重;远离约束区的管道各截面变形趋于一致,属于平面应变问题;随着管道埋深的减小,受浮力作用段管道的y向位移加速增大。（图13,表3,参12）     

滑坡多发区管道应变监测应变计安装方法

对滑坡地质灾害多发区埋地管道进行应力应变监测,是确保管道安全运行的有效手段。应变计可用于管道应力应变监测,主要包括电阻式应变片、振弦式应变计和光栅光纤式应变计,它们各自拥有不同的特点和适用条件。根据监测目的和要求,基于应用力学理论,分析管道的测点布置以及应变计在每个测点的安装位置和方向:对于只需要确定滑坡对管道是否存在影响的情况,可以在测点安装1支应变计;若只考虑管道弯曲变形,可以在90°夹角方向安装2支应变计;为了完整说明沿管道横截面的纵向应变,至少需要安装3支应变计;安装4支应变计可以得到4个独立的应变数据,从而更精确地了解管道的应变和变形情况。以国内某输气管道为例,基于其结构构造、工作条件、受力方式及现场工况,结合ANSYS有限元分析,确定了适用应变计的监测方案,并给出了监测结果。     

基于土弹簧模型的管道滑坡力学影响因素分析

滑坡是影响管道完整性的重要因素之一。基于土弹簧模型建立了滑坡管道有限元分析模型,考虑了管土之间相互作用的非线性特征,研究了管道内压、滑坡长度、滑坡位移、滑坡方向与管道轴向的夹角等因素对管道应力的影响。以陕京输气管道为例,分析了不同管道工况下滑坡相关因素对管道应力的影响,量化分析了垂直管道轴向的横向滑坡和平行管道轴向的纵向滑坡两种情况下的力学影响因素,得出滑坡方向与管道轴线的夹角对滑坡产生的附加应力具有重要影响,对于管道线路的完整性管理具有重要意义。研究结果可为滑坡地区管道的风险控制提供理论依据和技术参考。（图6,表1,参]5）     

基于SBAS-InSAR与有限元的滑坡段管道应力计算方法

【目的】滑坡是目前造成管道失效事故的主要地质灾害类型之一,滑坡区管道运行状态监测是亟需解决的难题。【方法】提出了一种基于SBAS-In SAR遥感技术的管道上方地表位移测量方法,实现了公里级范围管道地表位移毫米级高精度监测。基于管道中心线空间坐标数据以及管道几何特征数据,结合三次样条插值算法,提出了管道三维空间路由的重构方法。考虑管道真实路由与温度、压力等工艺载荷条件,采用空间管单元与非线性管土单元建立管道应力分析有限元模型,以遥感感知滑坡位移为准确边界条件,提出了滑坡段管道应力状态计算方法。【结果】通过陕京三线良乡—西沙屯某高风险滑坡区管段2021—2022年的应用实践表明,该计算方法得到的管道应力结果与分布式应变片监测结果最大相对误差不超过16%,经评估,该段管道目前处于安全状态。【结论】该方法结合了SBAS-In SAR技术与有限元分析方法,能够准确计算滑坡段管道的应力分布情况,可以有效实现滑坡段管道应力状态的空间重构与安全评价,对于提高滑坡段管道的安全性和可靠性具有指导意义,对于其他类似工程的监测和设计也具有参考价值,同时为未来地质灾害段管道安全状态的数字孪生体构建提供了技术基...     

采空区悬空天然气管道应力与应变模拟

采空区有可能造成地表沉降变形、碎裂甚至塌陷等次生地质灾害,易造成埋地管道的大范围变形甚至悬空。基于理想弹塑性模型,以某X70管道为例,考虑管道与土体的非线性、管道的几何非线性、土壤的物理非线性等因素,利用有限元软件ABAQUS建立采空区悬空天然气管道的有限元仿真计算模型。在内压、轴向力、外部载荷等共同作用下,分析X70悬空管道在不同悬空长度、不同内压、不同埋深条件下的应力应变变化,并采用双失效判别准则对其进行安全评估。结果表明:在充分考虑应力应变的变化趋势和变化速率基础上,通过双失效判据确定不同悬空长度管道所处的风险等级,可为采空区管道的完整性管理提供依据;内压对管道失效影响较大,当存在采空区塌陷时,需要临时降低管道内压以提高管道安全性能。     

集气站内发球筒位移减缓方案比选

集气站内收、发球筒与站外埋地管道通过过渡段相连。当埋地管道的操作温度高于安装温度时,埋地管道发生热膨胀可能使地上管道推挤设备、阀门等而造成破坏或过量变形。为此,以某工程集气站内发球筒和埋地管道为研究对象,利用应力分析软件CAESARⅡ分析埋地管道二次应力对发球筒锚固墩的影响。某集气站发球筒管道改造实践表明:设置45°π形补偿结构、将地面支撑改为滑动支撑能有效减缓发球筒位移,确保管道通球作业顺利进行,保证发球筒正常运行,证明改进方案切实可行。     

含腐蚀缺陷占压管道的安全评估

针对含腐蚀缺陷管道因地面占压带来的安全问题,基于ABAQUS软件建立了地基-管道-堆载三维有限元模型,探讨了含腐蚀缺陷占压管道的应力和变形情况,研究了管道埋深、管道内压、堆载荷载以及腐蚀缺陷位置对埋地管道力学性能的影响。结果表明:增加管道埋深可以有效缓解管道应力分布,但同时会增大开挖工程量;当管道内压达到一定程度时,腐蚀缺陷作用下管道最大应力主要由管道内压控制,地面堆载荷载对其影响不大;管土切向摩擦因数对埋地管道力学性能影响较为显著,管道应力随着管土切向摩擦因数增加而近似线性增大;当腐蚀缺陷相对于管道截面的角度位置为5:15方向时,含腐蚀缺陷占压管道的应力最大。     

连续塌陷下埋地钢管力学响应研究

地层塌陷沉降是埋地长输管道常见的地质灾害之一.为研究连续塌陷下埋地钢管的力学响应规律,开展了连续塌陷下埋地钢管试验以及数值模拟,分析了连续塌陷过程中埋地钢管变形以及应力变化情况,并校核了塌陷地质灾害下管道力学理论计算结果.研究结果表明:在小范围塌陷时,随着塌陷范围增加,管道变形以及所受应力不断增加,管道中间位移及所受应...     

油气管道悬空沉降变形失效评估

管道在实际运行过程中常常受到因沉降变形导致的外部载荷作用,而已有的管道失效评估标准与方法大多局限于内压对管体的影响.针对油气管道悬空沉降变形问题采用力学模型、有限元分析、开挖试验等方法进行了系统研究,模拟了无缺陷和含缺陷悬空管道的应力分布,结果表明,缺陷在管道底部时等效应力最大.通过开挖试验获得了最大应力点的应力变化等试验数据,验证了有限元方法用于工程实践的可行性,指出在实际工程评估中尚需考虑缺陷位置、土质等因素的影响.     

地震裂缝错位作用时埋地管道的有限元分析

地震作用可引起地层沉陷、土壤液化、地层裂缝错位,对埋地管道有很大的破坏作用,为保障管道安全运行,必须开展管道抗震研究,使埋地管道能抵御一定烈度的地震力。分析地震裂缝错位对埋地管道的作用,根据最小势能原理,推导出在地震裂缝错位作用下埋地管道的有限元方程,利用该方程可计算埋地管道在地震裂缝错位作用下的位移、内力及应力,并提供了计算实例。     

支座处埋地管道的地震应力分析

在地震波作用下，埋地管道因地震波的剪切作用而产生弯曲应力，而支座处弯曲应力远高于远离支座处直管段的弯曲应力，需要在埋地管道的抗震设计中予以考虑。采用梁结构分析方法对各种支座处的管道弯曲应力进行了分析，即将埋地管道地成是带 有边界约束的弹性基础上的连续梁，忽略地下管道及其内输送介质的惯性作用，应用结构分析方法分析各种支座处的管道应力。给出了算例和几类特殊支座附近的管中应力的分析结果。     

温度和不均匀沉降耦合作用下埋地管道力学性能

埋地油气管道一旦发生泄漏、爆炸等事故,其危害巨大,因此研究温度和不均匀沉降耦合作用下埋地管道的力学性能,开展安全风险评价十分重要。建立管道-地层整体模型,采用有限元分析软件ABAQUS进行非线性求解。通过间接耦合法实现温度作用和隧道开挖作用的耦合,分别模拟了不同管径、壁厚、埋深条件下的埋地管道应力应变状态,得出在不同影响因素下管道Mises应力和纵向位移的变化规律。分析结果表明:在温度变化和不均匀沉降耦合作用下,管径和壁厚对埋地管道应力应变状态有较大影响,管径越大,管道Mises应力越大,纵向位移越小,壁厚越大,管道Mises应力越大,纵向位移越大;当管道处在隧道上方时,一定埋深范围内,埋深对管道的应力应变状态影响较小,管道Mises应力和纵向位移随着埋深的增加并无明显变化;管道接口与直管连接处出现应力集中现象,实际运行过程中应注重该部位的检测和维护。