本文選題：離心模型試驗(yàn)　切入點(diǎn)：傾斜場地　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：供水、供電、供氣、通信線路等管網(wǎng)工程是現(xiàn)代工業(yè)以及城鎮(zhèn)生活的大動(dòng)脈,被看作城市的“生命線工程”。隨著城市土地資源的緊缺和環(huán)境需求的提高,越來越多的生命線工程被埋于地下,形成地下管線系統(tǒng)。然而,地下管線系統(tǒng)自身比較脆弱,隆起(上浮)破壞現(xiàn)象極為常見,特別是在具有一定坡度的傾斜區(qū)域。目前,國內(nèi)外學(xué)者對管土相互作用的研究大多建立在水平場地前提下,而實(shí)際更為普遍的傾斜場地則較少涉及,現(xiàn)有成果對真正認(rèn)識(shí)傾斜場地管道失穩(wěn)機(jī)理還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠�；诖�,本文采用理論分析和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,分別對兩種致災(zāi)環(huán)境下(非液化場地和液化場地)傾斜場地淺埋管道隆起(上浮)破壞問題進(jìn)行了研究:(1)分析了非液化場地管周土體變形模式和管道隆起抗力的發(fā)揮特征,提出了管道隆起抗力以及破裂角的估算方法,并采用前人理論公式和本文試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證其合理性;(2)分析了液化場地埋地管道及其周圍土體的動(dòng)力響應(yīng)特性,研究了液化過程中管道受力特性和管土變形模式,在此基礎(chǔ)上提出了管道受力估算模型,并采用離心模型試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證,從而揭示了液化場地管道失穩(wěn)機(jī)理。本文所做的主要工作和研究成果如下:1、圍繞傾斜非液化場地管道隆起破壞問題,進(jìn)行了九組傾斜場地管道隆起變形離心模型試驗(yàn),分析了淺埋管道隆起時(shí)管周土體變形模式和隆起抗力發(fā)揮特征,研究表明傾斜場地管周土體變形模式與水平場地不同,當(dāng)場地傾角大于0°時(shí),管道兩邊破裂面呈非對稱破壞模式,破裂面整體向坡腳方向偏轉(zhuǎn)。管道埋深比一定時(shí),破裂面偏轉(zhuǎn)程度隨場地傾斜程度增大而增大;場地傾角一定時(shí),破裂角偏轉(zhuǎn)程度隨埋深比H/D增大而減小。不同埋深、不同場地傾斜程度下管道隆起抗力發(fā)揮過程相似,均呈現(xiàn)初期增長較快,峰值后逐漸衰減的駝峰型曲線特征;管道隆起抗力受埋深和傾斜程度影響較大,傾斜場地埋地管道隆起抗力小于水平場地,該值的減小程度隨著埋深增加而減弱,隨著場地傾角的增加而加劇。2、在傾斜場地管道隆起變形離心模型試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,本文基于Rankine理論和摩爾庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則,采用Terzaghi圖解法,分析管周土體破裂面上一點(diǎn)的應(yīng)力,根據(jù)極限平衡分析方法提出了傾斜場地管道隆起抗力理論計(jì)算公式和管周破裂角計(jì)算方法,并與前人理論研究和本文離心模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證。3、基于水平液化場地埋地管道動(dòng)力離心模型試驗(yàn),研究了液化場地淺埋管道上浮破壞問題,結(jié)果表明:水平場地管道側(cè)向位移極小,主要表現(xiàn)為豎向上浮破壞,且埋深越淺、振動(dòng)幅值越大,管道上浮破壞更易發(fā)生;上浮失穩(wěn)過程中,管周土體呈“心”形流動(dòng)變形,影響范圍遠(yuǎn)大于同埋深非液化場地管道;管道上浮變形的開始、停止與振動(dòng)本身無對應(yīng)關(guān)系,而與振動(dòng)所引發(fā)的場地內(nèi)孔壓,土體變形等因素相關(guān),是多力耦合作用的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上,本文提出了水平液化場地管道上浮受力估算模型,并采用離心模型試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證其合理性。4、基于傾斜液化場地管道離心模型試驗(yàn),分析了傾斜液化場地管土變形模式和失穩(wěn)機(jī)理,結(jié)果表明:傾斜液化場地中管道除了會(huì)產(chǎn)生上浮變形外,還存在顯著的側(cè)向變形,整體呈現(xiàn)出向坡腳上方運(yùn)動(dòng)的趨勢。管道失穩(wěn)過程中,液化坡體表面存在零位移矢量區(qū)域,場地內(nèi)土體成層延該區(qū)域“外半環(huán)”流動(dòng),整體呈現(xiàn)出圓弧狀流動(dòng)變形的特征,明顯不同于水平液化場地,也不同于不含結(jié)構(gòu)物的傾斜液化場地。管道失穩(wěn)變形是多力綜合作用的結(jié)果,與場地孔壓、管周土體變形等因素有關(guān)。振動(dòng)引發(fā)場地超靜孔壓上升的同時(shí),管周土體上覆土重、管底支承力和管周土強(qiáng)度均發(fā)生變化,管道自身平衡條件被打破,產(chǎn)生上浮和側(cè)向變形。基于試驗(yàn)結(jié)果,本文提出了圓弧滑動(dòng)面假設(shè),建立了管道受力估算模型,并采用離心模型試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證其合理性。
[Abstract]:In this paper , the characteristics of pipeline uplift resistance and deformation pattern of pipeline are studied by means of theoretical analysis and experimental research . Based on the results of centrifugal model test of horizontal liquefaction site , this paper presents a method for estimating pipeline uplift resistance of liquefied site . The results show that the horizontal displacement of pipeline in inclined liquefaction site is very small , which is different from that of horizontal liquefaction site .

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU990.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1677701