液化區(qū)埋地天然氣管道上浮反應及抗震措施研究

發(fā)布時間：2020-09-10 09:20

　　砂土液化是強震區(qū)危害管道的主要現(xiàn)象之一,常發(fā)生在地下水位高的松散砂質沉積地層內(nèi),位于液化區(qū)的埋地天然氣管道會出現(xiàn)上浮現(xiàn)象,嚴重時管道因發(fā)生的彎曲變形較大而失效,對國民經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)的安全造成威脅。因此,建立正確的液化區(qū)埋地天然氣管道上浮反應模型,分析管道上浮反應規(guī)律,提出抗震措施,對液化區(qū)埋地輸氣管線的治理和抗震設計具有重要意義。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)調研國內(nèi)外地震液化區(qū)埋地管線上浮反應分析方法,總結前人在理論分析和試驗研究方面取得的成果與不足。分析地震災害對管道的危害,對砂土液化機理進行研究,確定砂土液化判別方式,分析液化影響因素,建立液化區(qū)埋地天然氣管道失效判斷準則。(2)基于非線性有限元理論和殼體理論,考慮管道內(nèi)壓作用和非完全液化區(qū)影響,利用ANSYS Workbench建立液化區(qū)埋地天然氣管道上浮反應有限元模型。管道選用4節(jié)點三維殼單元,非液化土體采用三維實體單元,液化區(qū)管土作用采用土彈簧模型,并利用前人研究成果對所建有限元模型進行驗證。通過實例計算分析,研究液化區(qū)埋地天然氣管道上浮反應過程中位移、軸向應變和von Mises應力的變化。(3)以液化區(qū)埋地天然氣管道為研究對象,分析液化區(qū)長度、非完全液化區(qū)長度、管徑、管道壁厚、材質、管道埋深、管道所受軸力、管輸天然氣壓力等參數(shù)對埋地管道力學行為的影響,根據(jù)所得規(guī)律,提出工程改造議建。(4)針對《油氣輸送管道線路工程抗震技術規(guī)范》(GB50407-2008)中提供的液化區(qū)埋地管道上浮位移和軸向應變計算公式僅適用于熱油管道,本文通過多元回歸理論和歸一化方法,擬合出適用于大管徑、高壓天然氣管道的液化區(qū)埋地管道最大上浮位移和最大軸向應變的簡化計算公式,并進行了驗證。(5)從防止土體液化和阻止液化區(qū)管道上浮兩個方面,分析液化區(qū)埋地天然氣管道抗震措施方法,提出適用于長輸天然氣管線的抗震設計流程。模擬含有混凝土支墩的埋地管道上浮反應,分析支墩間距和支墩沿管道軸向長度對抗上浮效果的影響;針對液化區(qū)埋地管道傳統(tǒng)改造方法存在成本高、周期長的問題,提出“局部壓塊法”改造措施,比較壓塊個數(shù)、壓塊重量對管道上浮抑制效果的影響。(6)設計出液化區(qū)埋地天然氣管道監(jiān)測方案,該方案包括監(jiān)測傳感子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析與處理子系統(tǒng)以及預警子系統(tǒng),可實現(xiàn)對管道應變、運行溫度、土體強震動、管土作用力、土體孔壓等進行監(jiān)測預警,并設計出一種新型的孔隙水壓力監(jiān)測器,可以同時測量不同深度土壤的空隙水壓力。
【學位單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TE973
【部分圖文】：