【摘要】：斷層錯動引起的地表永久性大變形是導致埋地管線破壞的重要因素之一,埋地管線的斷層反應特性受到土介質和管線材料等因素的影響,本文以逆斷層位錯作用下的無縫直埋地管線為研究對象,基于ABAQUS有限元分析軟件,建立埋地管線-土介質的三維有限元數(shù)值分析模型,利用非線性接觸描述管-土接觸狀態(tài),考慮初始地應力條件的影響,對跨逆斷層埋地管線的受力特性進行數(shù)值模擬分析,依據(jù)計算結果主要分析了位錯量、管線材料、管-土相互作用、土介質、管徑等參數(shù)對埋地管線斷層反應的影響效應,并得到:管-土介質接觸效應是管線斷層反應分析中不可忽視的影響因素,粘聚力較小、硬度較低的中硬土介質中的埋地管線抗斷層性能較優(yōu)等有益結論。
【圖文】：

節(jié)點SOLID單元進行表達。利用有限元非線性接觸分析方法處理管線-土介質的相互作用關系，采用邊界條件模擬逆斷層位錯引起的地表永久性大變形，對該位錯下埋地管線的受力特性進行了研究，重點分析了管線材料特性、管線直徑，土介質特性，及管-土間摩擦系數(shù)等因素對管線受力性能的影響，為實際工程的應用提供一定的數(shù)值分析參考價值。1有限元分析模型1．1數(shù)值分析模型本研究以無縫連續(xù)直埋地管線為研究對象，以斷層錯動引起的地表永久性大變形作為邊界條件，建立埋地管線-土介質的三維數(shù)值分析模型，如圖1所示。圖1分析模型Fig．1Analysismodel基于現(xiàn)有研究，地基平面尺寸與結構平面尺寸之比大于5時，結構的邊界影響效應可忽略不計，且計算區(qū)域沿管線縱向長度不小于埋地管線直徑(D)的240～300倍時［13-14］，管-土間的摩擦力就會足夠大以至于斷層運動造成的管線變形不足以傳遞至左、右邊界。本研究有限元數(shù)值土體分析區(qū)域寬度取為4000mm，主動盤和被動盤的長度均取120m，分析管線長度取為145m，高度取為6000mm，，管線埋深(管線形心至地表的距離)取為1500mm。模型中將管線周圍土介質預先分為左、右兩部分，用以描述斷層錯動的下盤和上盤，將土介質自重引起的初始應力場作為初始應力狀態(tài)施加至模型中，而管線貫穿通過整個土介質分析模型。利用主動盤土體底邊的等效位移邊界條件模擬逆斷層位錯下的地表永久性大變形，施加在分析模型上。圖中有限元分析計算區(qū)域包括埋地管線及周圍土介質，共6個平面邊界條件。各邊界條件分別為:上邊界為地表自由面，無約束;左、右端面為分析模型遠邊，固定邊界;前、后邊界平面前、后方向2017年第6期薛娜，等:跨逆斷層埋地管線受力特性的管土效應分析1545

土介質相對于右側土介質發(fā)生相對擠壓、抬升運動，采用擬靜力法來分析埋地管線的抗斷層反應。分析模型中，將管線視為空間薄壁結構，采用四節(jié)點薄殼單元進行離散;利用八節(jié)點三維實體單元模擬土介質;管線-土介質間的相對滑移、分離及閉合等非線性作用則采用非線性接觸的處理方法來分析模擬。依據(jù)現(xiàn)有研究可知，近斷層區(qū)域管線變形較大，隨著至土體破裂面距離的增加，管線變形逐漸減小并趨近于0。因此，斷層及其附近位置有限元網(wǎng)格尺寸較小，遠離斷層區(qū)域有限元網(wǎng)格尺寸逐步放大以減少計算單元數(shù)量，提高計算效率，如圖2所示。圖2有限元分析模型網(wǎng)格劃分Fig．2Meshmodelforfiniteelementanalysis1．2材料參數(shù)分析中假定管線為無縫連續(xù)直管，無內壓;管線周圍土介質為均勻的單一土介質。假定管線材料為理想彈塑性材料，采用等效三折線彈塑性模型表述，具體參數(shù)如表1。采用巖土工程中常用的Mohr-Coulomb模型表述管線周圍土介質，土介質參數(shù)如表2。表1管線材料參數(shù)表Table1Parametersofpipelines管線類別彈性模量/GPa泊松比屈服強度/MPa極限強度/MPa極限應變/%I350．4629530II900．4513517010III2100．34205201．6IV2100．34706001．3表2土介質參數(shù)表Table2Parametersofsurroundingsoil土介質彈性模量/MPa泊松比密度/(t·m－3)摩擦角/(°)粘聚力/kPaI500．381．851525II1500．451．851525III1500．451．852510IV1500．41．8530252參數(shù)效應分析影響埋地管線受力性能的因素有管徑、壁厚、場地條件、管材特性以及管線與土體破裂帶相交的跨越角度、斷層位錯量、斷層逆沖角度等。本文重點研究管線材料特性、土介質特性以及管-土摩擦等參數(shù)對埋地管線跨斷層受力性能的影

【相似文獻】

相關期刊論文 前4條

1 李鵬程,劉惠珊,官國軍,顧曉魯;地震地面大位移對埋地管線影響的有限元分析[J];工業(yè)建筑;2000年06期

2 柳春光;馮曉波;;采用等效彈簧邊界分析埋地管線在沉陷情況下的反應[J];地震工程與工程振動;2009年06期

3 金瀏;李鴻晶;姚保華;;埋地管線-土體相互作用分析計算區(qū)域的選取[J];南京工業(yè)大學學報(自然科學版);2009年03期

4 孫千偉;劉威;李杰;;埋地管線-土橫向動力相互作用等效彈簧系數(shù)解析解[J];地震工程與工程振動;2012年01期

相關會議論文 前1條

1 周吉祥;何仁洋;高建;王志輝;蔡景明;;橫向滑坡作用下埋地管道影響因素分析[A];壓力管道技術研究進展精選集——第四屆全國管道技術學術會議[C];2010年

相關碩士學位論文 前3條

1 張金齊;液化場地中埋地管線的形變特征[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

2 MIONKI PATRICK KIREMA;[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

3 劉慧;滑坡作用下埋地管線反應分析[D];大連理工大學;2008年

本文編號：2582466