湿陷性黄土场地上油气管道水毁特征研究

发布时间：2017-07-30 02:20

  本文关键词：湿陷性黄土场地上油气管道水毁特征研究

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【摘要】：涩宁兰一线约有414.5km的管线敷设于黄土上,该区域的黄土大都具有较强烈的湿陷性,湿陷性黄土在季节性降雨及压力作用下极易出现水毁等各种地质灾害。水毁往往会造成管道裸露、悬空、甚至拉裂的情况,因此需要格外重视。基于此,本文做了如下研究工作:根据实地调查,对三类不同的管道水毁进行初步分析,辨识其敏感因子。建立三种不同的管道力学模型,推导应力计算简式。利用ABAQUS大型有限元软件,建立较为常见的管道水毁灾害的模型:土体沉陷所形成的悬空管道和河水冲击作用下的管道。对于悬空管道,首先模拟计算得到模型中管道极限悬空距离约40m,继而选取节点得到管道应力场分布规律;然后改变参数,计算管径、壁厚、外径、埋深、内压等参数对管道应力、应变及位移的影响,通过计算得到埋深、壁厚、外径对其影响较大,内压影响较小。对于河水冲击作用下的管道,首先模拟计算得到悬空长度为60m时,管材失效时的极限水流速度约为7m/s,选取节点得到管道应力场分布规律;接着改变参数,定量计算管径、壁厚、外径、埋深、内压、管土摩擦系数等参数对管道应力、应变及位移的影响。通过计算得到壁厚、外径对其影响较大,摩擦系数、埋深、内压则影响较小。文章最后部分,以标准砂,石灰,水泥,水玻璃作为改良材料,得到改良材料在不同配比条件下以及不同压实系数下黄土的湿陷性大小。结果表明:改良黄土均能较大程度地降低黄土的湿陷性,在一定的压实系数条件下,黄土湿陷性基本消除,可以满足安全需要。从改良效果来看,水玻璃改良效果最好,石灰及水泥次之,标准砂最差。
【关键词】：湿陷性 管道水毁 管土相互作用 水毁模型 改良材料
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973;TU475.3
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究现状12-18
• 1.2.1 黄土湿陷性的研究现状12-13
• 1.2.2 水毁的研究现状13
• 1.2.3 管土作用模型研究13-17
• 1.2.4 黄土结构改良研究现状17-18
• 1.3 研究内容和研究方法18-19
• 第2章 涩宁兰一线油气管道水毁机理研究19-27
• 2.1 坡面水毁机理20-22
• 2.2 河沟道水毁机理22-25
• 2.3 台田地水毁机理25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 力学模型的建立27-42
• 3.1 悬空管道27-31
• 3.1.1 管道下方土体湿陷量计算27-28
• 3.1.2 悬空管道的应力分析及计算28-31
• 3.2 河沟道水毁31-36
• 3.2.1 河沟道水毁力学分析模型31-33
• 3.2.2 解析方法计算33-36
• 3.3 坡面水毁力学模型36-41
• 3.3.1 管道强度计算36-38
• 3.3.2 管道抗滑稳定性验算38-39
• 3.3.3 管道抗倾覆稳定验算39
• 3.3.4 土坡稳定39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 悬空管道有限元建模及结果分析42-53
• 4.1 管道失效的判别依据42-43
• 4.2 管道主要荷载及计算43-44
• 4.3 算例44-46
• 4.3.1 模型参数44-45
• 4.3.2 建模过程45
• 4.3.3 计算过程45-46
• 4.4 结果与分析46-48
• 4.4.1 管道应力分布规律46-47
• 4.4.2 极限悬空距离47-48
• 4.5 影响因子分析48-52
• 4.5.1 管壁的影响48
• 4.5.2 悬空长度的影响48-49
• 4.5.3 外径的影响49-50
• 4.5.4 埋深的影响50-51
• 4.5.5 内压的影响51-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 河沟道典型水毁有限元建模及结果分析53-67
• 5.1 管道失效的判别依据53
• 5.2 管道主要载荷及计算53
• 5.3 算例53-54
• 5.3.1 模型参数53-54
• 5.3.2 建模过程54
• 5.3.3 计算过程54
• 5.4 结果与分析54-57
• 5.4.1 应力-应变-位移分布规律55-56
• 5.4.2 极限最大水流速度56-57
• 5.5 影响因子分析57-65
• 5.5.1 悬空长度的影响57-58
• 5.5.2 壁厚的影响58-60
• 5.5.3 埋深的影响60-62
• 5.5.4 外径的影响62-64
• 5.5.5 管土摩擦系数的影响64-65
• 5.5.6 内压的影响65
• 5.6 本章小结65-67
• 第6章 黄土湿陷性的结构改良方法研究67-72
• 6.1 材料选取和试验方法67
• 6.1.1 材料选取67
• 6.1.2 试验方法67
• 6.2 制样67-69
• 6.2.1 重塑土的制样67
• 6.2.2 改良土的制样67-69
• 6.3 试验结果与分析69-71
• 6.3.1 重塑土在不同压实系数下的湿陷系数69-70
• 6.3.2 改良黄土在不同压实系数下的湿陷系数70-71
• 6.4 本章小结71-72
• 第7章 结论和展望72-74
• 7.1 工作总结72-73
• 7.2 展望73-74
• 参考文献74-80
• 附录A：攻读学位期间发表的学术论文80

【参考文献】

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本文编号：592130