川氣東送工程中地層塌陷及土壤液化區(qū)段管道安全評估.pdf

1、川氣東送管道工程途徑地區(qū)地形、地質條件復雜，巖溶塌陷和土壤液化地質災害對管道工程的施工和安全運營構成嚴重威脅，是管道遭受特殊地質災害中亟待需要解決的重大問題之一，因此，研究地層塌陷和土壤液化對管道安全的影響具有重要的理論和工程意義。 已有文獻都是基于Winkler地基梁模型來研究塌陷以及懸空等對管道安全的影響，還沒有采用其它的力學分析模型的報道。本文采用了彈塑性地基梁模型來研究其對管道的影響，分析結果表明，與Winkler模型相

2、比，彈塑性模型更合理、更精確，而Winkler模型較簡單，便于工程應用。 在已有文獻的基礎上，采用有限元法研究了地層塌陷的形成原因和影響因素；基于Winkler地基梁理論和彈塑性地基梁理論，研究了地層塌陷和土壤液化形成后對管道安全的影響。建立了管土相互作用的力學分析模型及管道撓曲線變形微分方程，由管道的邊界條件、連續(xù)光滑條件以及軸向位移條件，構成求解全部未知量的線性和非線性方程組，采用非線性理論求解，分析管道的變形與應力。主要結

3、論如下： 1.土洞上覆蓋層土體在自身重力載荷和真空負壓差的作用下，在土洞底部的洞壁上開始形成塑性區(qū)，塑性區(qū)隨著土體含水量的增加而不斷擴展，當土體的物理力學參數(shù)降低到一定程度時，塑性區(qū)在土洞上方形成貫通區(qū)域，此時覆蓋層土體失穩(wěn)破壞而形成地面塌陷。地下水的活動是形成地面塌陷的主要影響因素，從有限元的角度解釋了地面塌陷多發(fā)生在降雨期間的力學原因。 2.計算了四種力學分析模型的臨界地層塌陷區(qū)及土壤液化區(qū)的長度?？紤]軸力影響的兩種

4、模型的臨界地層塌陷區(qū)長度的誤差在8％左右，而土壤液化的誤差為3％左右，兩者的誤差隨著管道的屈服應力的增加而增大。 3.在地層塌陷區(qū)和土壤液化區(qū)長度較小的情況下，為簡化工程計算可采用Winkler模型分析管道的變形與應力。當塌陷區(qū)和液化區(qū)長度較大時，采用彈塑性模型分析的必要性就更加明顯。 4.考慮軸力影響使管道的變形和最大Mises應力相應減小，較不考慮軸力影響的管道分析結果更接近真實情況、更為可靠。在地層塌陷區(qū)和土壤液化