凍土是一種十分復(fù)雜的巖土體,在我國分布十分廣泛,主要分布在東北和西部地區(qū)。按照土體在凍結(jié)狀態(tài)下持續(xù)的時間主要可以分為短期凍土、季節(jié)性凍土和多年凍土。由于基礎(chǔ)建設(shè)的需要,在凍土區(qū)修建基礎(chǔ)設(shè)施和油氣管道工程將不可避免,而每年因凍土的凍脹和融沉產(chǎn)生油氣管道的破壞也時有發(fā)生。因此為了減少因凍土的凍脹和融沉產(chǎn)生的損失,有必要對凍土區(qū)管道破壞情況進行深入的研究和分析,對管道的設(shè)計、施工和維護方面提供有效的技術(shù)支持。本文基于學(xué)者對管道受土壤凍脹作用的管道內(nèi)力、位移計算以及凍土區(qū)溫度場分布的研究,分析凍土區(qū)管道受凍土凍脹作用的影響并進行計算,得出如下結(jié)論:(1)對管道凍脹力形成機理進行研究,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),凍土區(qū)溫度場的變化將導(dǎo)致土體中水分的遷移和相變,使得土體上抬或者下沉,從而導(dǎo)致埋在土體中的管道在豎向產(chǎn)生位移,在管道內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力,當(dāng)管道的應(yīng)力大于屈服強度時將會發(fā)生破壞。(2)分析埋設(shè)在凍土區(qū)管道一側(cè)受到凍脹作用抬升時,土壤對管道產(chǎn)生的橫向阻力的控制因素,利用土壤對管道產(chǎn)生的橫向阻力計算模型和管道的位移方程建立管道受土壤凍脹作用的管道內(nèi)力、位移方程。通過管道的內(nèi)力、位移方程可以求解出管道危險截面位置位于凍脹敏感土壤區(qū)和穩(wěn)定凍土區(qū)交界面附近,應(yīng)對此區(qū)域采取一些措施減小管道發(fā)生破壞的可能。(3)建立管道周圍溫度場的計算模型,引入分凝勢概念,分析了在溫度變化過程中土壤的凍結(jié)深度和凍脹位移對土壤的橫向阻力及管道位移的影響。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE973;TU445
【部分圖文】：

(a)整體狀構(gòu)造 (b)層狀構(gòu)造 (c)網(wǎng)狀構(gòu)造圖 1-1 凍土的冷生結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖[1]凍土可以按照土體在凍結(jié)狀態(tài)下持續(xù)的時間劃分為：多年凍土、季節(jié)性凍土以及短期凍土。其中多年凍土一般在凍結(jié)狀態(tài)下持續(xù)兩年以上；季節(jié)性凍土一般在凍結(jié)狀態(tài)下持續(xù)一年以下；短期凍土在凍結(jié)狀態(tài)下持續(xù)時間更短，一般只有幾天甚至幾小時。凍土中主要含有土及礦物顆粒、冰晶體、未凍水以及一些氣體等，

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文 凍土地帶埋設(shè)管道受凍土凍脹作用的力學(xué)分析量小于 25%的為少冰凍土[12]。凍土的分布很廣，全球短期凍土區(qū)、季節(jié)凍土區(qū)以及多年凍土區(qū)總面積約占陸地總面積的 50%，其中多年凍土區(qū)的面積約占陸地總面積的 20%-25%；我國凍土的分布也很廣泛，總面積約為 640 萬平方公里，占我國國土總面積的 67%，其中超過 1.5m 的深季節(jié)凍土，面積達 367 萬平方公里[4][5][6][7]，主要分布在我國西部和東北部地區(qū)，如圖 1-2：

(c)圖 2-1 管道變形示意圖：(a) 小位移；(b) 中位移；(c) 大位移由于交界面左側(cè)凍脹敏感土壤區(qū)的凍脹作用，使得管道在交界面處抬升的位移為0w ，交界面右側(cè)穩(wěn)定凍土區(qū)中的管道將從原始位置偏開，產(chǎn)生位移（撓度），對側(cè)面的土壤產(chǎn)生擠壓效應(yīng)，從而誘導(dǎo)土壤對管道產(chǎn)生橫向阻力。單位長度管道所受的橫向阻力作為位移（撓度）的函數(shù)可以分為三個階段，包括：彈性區(qū)、峰值后的衰減區(qū)和最終的殘值區(qū)，各區(qū)都近似用線性函數(shù)表達，參看圖 2-2。圖中eF 和pF 分別為橫向阻力的峰值和殘值，而ew 和pw 分別為峰值和殘值對應(yīng)的位移。如圖 2-1(a)，當(dāng)0 e0 w w時，在交界面右側(cè)的穩(wěn)定凍土區(qū)中，管道各點處的抬升位移都小于 ，則抬升位移與土壤的橫向阻力的關(guān)系，可用圖 2-2 中的區(qū)域A：彈性區(qū)來描寫。如圖 2-1(b)，當(dāng)e 0 pw w w時，交界面右側(cè)的穩(wěn)定凍土區(qū)中管道各點處抬升位移不超過 ，最大位移0w 位于交界面處，從左往右位移依次減小直至減小到0，則抬升位移與橫向阻力的關(guān)系可用圖 2-2 中的區(qū)域 A、B 聯(lián)合描寫。從交界

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本文編號：2823956