采用ADINA有限元軟件,建立了基于流固耦合的跨斷層埋地管道管-土-流體三相耦合模型,計(jì)算和分析了管道以不同角度穿越不同類型斷層時(shí)管道的應(yīng)變響應(yīng)規(guī)律及管內(nèi)流體壓力變化范圍,進(jìn)一步得出了管道與不同類型斷層最佳交角范圍。研究結(jié)果表明:在斷層位錯(cuò)量小于1.3m時(shí)管道與走滑斷層的最佳交角范圍為30°～60°,當(dāng)斷層位錯(cuò)量較大時(shí)管道應(yīng)以30°～45°穿越走滑斷層;大角度穿越正斷層會(huì)導(dǎo)致較大的應(yīng)變值,尤其容易使管道處于壓縮狀態(tài),管道與正斷層的最佳交角范圍為30°～60°;管道與逆斷層的交角為鈍角時(shí)會(huì)使管道受壓,管道應(yīng)以小于90°的角度穿越逆斷層。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2019,36(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

管道以不同角度穿越走滑斷層最大等效塑性應(yīng)變Fig.3Themaximumequivalentplasticstrainofthepipelinepassingthroughthestrike-slipfaultatdifferentangles

°，研究管道應(yīng)變響應(yīng)。管道以不同角度穿越走滑斷層最大等效塑性應(yīng)變、管內(nèi)流體壓力變化、最大軸向應(yīng)變分別如圖3~圖5所示。圖3管道以不同角度穿越走滑斷層最大等效塑性應(yīng)變Fig.3Themaximumequivalentplasticstrainofthepipelinepassingthroughthestrike-slipfaultatdifferentangles圖4管道以不同角度穿越走滑斷層管內(nèi)流體壓力變化Fig.4Thechangeoffluidpressureinpipelinepassingthroughthestrike-slipfaultatdifferentangles根據(jù)圖3可以得出，隨著管道與斷層角度增加，管道的等效應(yīng)變?cè)黾�。根�?jù)圖4可以得出，管內(nèi)流體壓力增量隨管道與斷層交角增大而增大，可得管道變形量增大。根據(jù)圖5可以得出，管道以較小角度穿越走滑斷層時(shí)所受拉、壓應(yīng)變明顯小于管道以大角度與斷層相交時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)變值；在斷層位錯(cuò)量小于1.3m時(shí)，管道以60°穿越走滑斷層會(huì)產(chǎn)生最小的壓縮應(yīng)變，斷層位錯(cuò)量大于1.3m時(shí)，30°交角下的壓縮應(yīng)變較校綜上可得，管道應(yīng)以較小角度穿越走滑斷層，在交角較小時(shí)土體對(duì)管道的軸向拉伸

第6期陳飛，等：基于流固耦合的輸氣管道與斷層最佳交角研究1485道應(yīng)變的影響，得出管道與斷層的交角是重要的影響因素。以上研究均是針對(duì)空管或均布內(nèi)壓管道進(jìn)行數(shù)值模擬，而少有學(xué)者對(duì)輸流狀態(tài)下的管道進(jìn)行有限元分析。文獻(xiàn)[6]研究表明，流體在管道彎曲處被迫改變方向時(shí)，將對(duì)管壁施以附加作用力，最大應(yīng)力和應(yīng)變發(fā)生在入口和出口處附近的上下部。由于管道的彈性作用，管道壁面又會(huì)反過來影響管內(nèi)流體流動(dòng)情況，兩者之間存在復(fù)雜的耦合作用。管道隨土壤運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變形，與管內(nèi)流體產(chǎn)生的相互作用不容忽略。鑒于此，為了進(jìn)一步保障輸流工況下跨斷層埋地管道安全，針對(duì)管道與斷層交角這一重要影響因素，本文采用ADINA有限元軟件進(jìn)行模擬，討論基于流固耦合的管道與不同類型斷層最佳交角范圍，以期為跨斷層埋地輸氣管道的有限元建模與抗震設(shè)計(jì)提供參考。2有限元模型建立2.1斷層類型及錯(cuò)動(dòng)機(jī)理根據(jù)斷層兩盤移動(dòng)的方向和作用力方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀況可以將斷層分為三類(見圖1)。1)正斷層：上盤沿?cái)鄬用嫦鄬?duì)下降，下盤相對(duì)上升的斷層。它一般是受水平張應(yīng)力或垂直作用力使上盤相對(duì)向下滑動(dòng)而形成的，所以構(gòu)造變動(dòng)中多在垂直于張應(yīng)力的方向上發(fā)生，也有的沿已有剪節(jié)理發(fā)生。其斷距可從幾厘米到數(shù)十米，延伸范圍一般自幾十米至數(shù)公里。傾角一般較陡，多在50°~60°之間，甚至更陡。如由數(shù)條正斷層排列組合在一起，則形成階地式斷層、地壘和地塹等。2)逆斷層：上盤沿?cái)鄬用嫦鄬?duì)上升，下盤相對(duì)下降的斷層。它一般是由于巖體受到水平方向強(qiáng)烈擠壓力的作用，使上盤沿?cái)嗝嫦蛏襄e(cuò)動(dòng)而成。斷層線的方向常和巖層走向或褶皺軸的方向近于一致，和壓應(yīng)力作用的方向垂直。斷層面從陡傾角至?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]全球油氣管道建設(shè)概況[J]. 王紅菊,祝愨智,張延萍.  油氣儲(chǔ)運(yùn). 2015(01)
[2]管道穿越斷層最佳交叉角度研究[J]. 楊汗青,郭恩棟,趙宇,王瓊,劉智.  世界地震工程. 2012(04)
[3]亞洲油氣管道建設(shè)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 范華軍,王中紅.  石油工程建設(shè). 2010(05)
[4]彎曲輸流管道流固耦合流動(dòng)特性研究[J]. 徐合力,蔣炎坤.  武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版). 2008(02)
[5]跨越斷層埋地管道屈曲分析[J]. 馮啟民,趙林.  地震工程與工程振動(dòng). 2001(04)



本文編號(hào)：3411984