1099.砂土中埋設(shè)管線豎向抗拔力及棘輪效應(yīng)研究

1、碩士學(xué)位論文砂土中埋設(shè)管線豎向抗拔力及棘輪效應(yīng)研究StudyontheUpliftResistanceandRatchetingBehaviorofPipelinesBuriedinSand學(xué)號(hào)：21206182完成日期：壟Q!墨生墨旦大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著海洋石油工業(yè)的蓬勃發(fā)展，作為石油、天然氣運(yùn)輸?shù)妮d體一海底管線得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，管線與土體相互作用問題

2、也越來(lái)越引起關(guān)注。基于平面應(yīng)變假定，本文采用模型試驗(yàn)和離散元(DEM)數(shù)值模擬的方法對(duì)砂土中埋設(shè)管線在單調(diào)和循環(huán)荷載作用下的抗拔力特性進(jìn)行了研究。在循環(huán)荷載試驗(yàn)的加載段，管線上拔，下方的空隙可能被周圍土體填充，而卸載時(shí)管線無(wú)法回到初始位置最終產(chǎn)生累積位移，這種現(xiàn)象稱為棘輪效應(yīng)。本文的主要內(nèi)容如下：(1)進(jìn)行了中密砂和粗礫石中不同埋深以及不同管徑管線在單調(diào)荷載作用下的上拔試驗(yàn)，并采用PIV圖像識(shí)別技術(shù)分析了砂土的流動(dòng)破壞機(jī)制。結(jié)果表明中密

3、砂中管線抗拔力一位移曲線可分為發(fā)展階段、峰值后軟化階段和殘余穩(wěn)定階段。在抗拔力發(fā)展階段，砂土剪切帶由管線肩部向上擴(kuò)展并發(fā)展至土體表亟，峰值時(shí)剪切帶同豎直方向的夾角約為2倍砂土剪脹角；在抗拔力軟化階段剪切帶擴(kuò)展角逐漸減??；在殘余穩(wěn)定階段剪切帶擴(kuò)展角為零，即豎直向上。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別提出了三階段的抗拔力預(yù)測(cè)模型。(2)采用離散元方法對(duì)管線上拔過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。數(shù)值分析得到的峰值承載力系數(shù)同模型試驗(yàn)結(jié)果吻合很好。綜合數(shù)值分析、標(biāo)準(zhǔn)砂模型試驗(yàn)

4、和粗礫石模型試驗(yàn)結(jié)果，分析了粒徑對(duì)管線抗拔力位移關(guān)系變化特性的影響。(3)采用模型試驗(yàn)和數(shù)值分析的方法研究了循環(huán)荷載作用下管線的棘輪效應(yīng)特性。結(jié)果表明循環(huán)荷載應(yīng)力幅值是影響管線累計(jì)位移發(fā)展特性的重要因素。循環(huán)荷載試驗(yàn)中卸載階段土體流動(dòng)機(jī)制同加載和再加載階段類似，都是呈向上擴(kuò)展形狀的剪切帶，但卸載階段剪切帶內(nèi)土體向下運(yùn)動(dòng)。次數(shù)較少但位移幅值較大的循環(huán)荷載作用下，土體對(duì)管線的約束力可以回歸到單調(diào)荷載作用下的抗拔力位移曲線上。關(guān)鍵詞：海底管線