液化區(qū)埋地天然氣管道上浮反應(yīng)及抗震措施研究

發(fā)布時(shí)間：2020-09-10 09:20

　　砂土液化是強(qiáng)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(zhì)沉積地層內(nèi),位于液化區(qū)的埋地天然氣管道會(huì)出現(xiàn)上浮現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)管道因發(fā)生的彎曲變形較大而失效,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)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(yīng)模型,分析管道上浮反應(yīng)規(guī)律,提出抗震措施,對(duì)液化區(qū)埋地輸氣管線(xiàn)的治理和抗震設(shè)計(jì)具有重要意義。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)調(diào)研國(guó)內(nèi)外地震液化區(qū)埋地管線(xiàn)上浮反應(yīng)分析方法,總結(jié)前人在理論分析和試驗(yàn)研究方面取得的成果與不足。分析地震災(zāi)害對(duì)管道的危害,對(duì)砂土液化機(jī)理進(jìn)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(zhǔn)則。(2)基于非線(xiàn)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(yīng)有限元模型。管道選用4節(jié)點(diǎn)三維殼單元,非液化土體采用三維實(shí)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(duì)所建有限元模型進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)實(shí)例計(jì)算分析,研究液化區(qū)埋地天然氣管道上浮反應(yīng)過(guò)程中位移、軸向應(yīng)變和von Mises應(yīng)力的變化。(3)以液化區(qū)埋地天然氣管道為研究對(duì)象,分析液化區(qū)長(zhǎng)度、非完全液化區(qū)長(zhǎng)度、管徑、管道壁厚、材質(zhì)、管道埋深、管道所受軸力、管輸天然氣壓力等參數(shù)對(duì)埋地管道力學(xué)行為的影響,根據(jù)所得規(guī)律,提出工程改造議建。(4)針對(duì)《油氣輸送管道線(xiàn)路工程抗震技術(shù)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(yīng)變計(jì)算公式僅適用于熱油管道,本文通過(guò)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(yīng)變的簡(jiǎn)化計(jì)算公式,并進(jìn)行了驗(yàn)證。(5)從防止土體液化和阻止液化區(qū)管道上浮兩個(gè)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(zhǎng)輸天然氣管線(xiàn)的抗震設(shè)計(jì)流程。模擬含有混凝土支墩的埋地管道上浮反應(yīng),分析支墩間距和支墩沿管道軸向長(zhǎng)度對(duì)抗上浮效果的影響;針對(duì)液化區(qū)埋地管道傳統(tǒng)改造方法存在成本高、周期長(zhǎng)的問(wèn)題,提出“局部壓塊法”改造措施,比較壓塊個(gè)數(shù)、壓塊重量對(duì)管道上浮抑制效果的影響。(6)設(shè)計(jì)出液化區(qū)埋地天然氣管道監(jiān)測(cè)方案,該方案包括監(jiān)測(cè)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(yù)警子系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)管道應(yīng)變、運(yùn)行溫度、土體強(qiáng)震動(dòng)、管土作用力、土體孔壓等進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警,并設(shè)計(jì)出一種新型的孔隙水壓力監(jiān)測(cè)器,可以同時(shí)測(cè)量不同深度土壤的空隙水壓力。
【學(xué)位單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TE973
【部分圖文】：