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《北京交通大学》 2013年
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采空区地表沉陷对上覆油气管道变形的影响分析

何海  
【摘要】:随着中国经济的快速增长和石油工业的蓬勃发展,油气管道运输已经继公路、铁路、水运和航运之后的第五大交通运输方式。 油气管道工程是近年来快速崛起的国家重要基础工程,但由于管道工程其特殊的分布特点,不可避免通过一些采空区。本文通过对采空区资料的分析和研究,采用数值模拟方法,对采空区变形引起上覆油气管道变形的影响进行了分析。希望能为今后油气管道穿越采空区的管道工程设计与施工提供一定的参考依据。 本文主要从以下几个方面对采空区变形对上覆油气管道的影响进行分析: 1、根据采空区变形对地表影响作用机理,分析不同埋深情况下水平岩层采空区变形对上覆油气管道位移及应力的影响趋势。 2、在相同埋深情况下分析不同倾斜角度采空区变形对上覆油气管道位移及应力的影响趋势。 3、在相同角度倾斜情况下分析不同埋深采空区变形对上覆油气管道位移及应力的影响趋势。 在模拟分析过程中,主要应用通用有限元模拟软件ANSYS进行计算分析。在分析地表变化及上覆油气管道的位移、应力等的变化情况后,本文主要得出以下结论: 1、水平岩层采空区变形随采空区埋深的增大,对上覆油气管道的垂向位移影响逐渐减小;水平岩层采空区变形对上覆油气管道的水平位移影响较小;油气管道位于采空区正上方,水平岩层采空区变形引起的应力分布基本呈对称分布。 2、在相同倾斜角度下,随着采空区埋深的增大,油气管道垂向位移逐渐减小,但油气管道受影响的范围明显增大,位移曲线逐渐变得平缓;在相同倾斜角度情况下,采空区埋深越小,油气管道发生水平位移越大,且水平位移指向采空区倾斜方向一侧,当采空区埋深较大时,水平位移较小,其水平位移曲线相对平缓,对油气管道影响范围加大;在相同倾斜角度情况下,采空区开挖引起的应力云图图像基本一致,随埋深的增大,应力值随之增大,最大应力出现在采空区上下边缘,且在倾斜方向下方,应力集中更加明显。 3、在相同埋深情况下,采空区开挖引起上覆油气管道垂向位移随采空区岩层倾斜角度的增大反而有所减小,但减小趋势不太明显;在相同埋深情况下,采空区变形引起上覆油气管道水平位移随倾斜角度的增大而增大,在较平缓的倾角(25。时)倾角增大对油气管道水平位移的影响较小,当倾角进一步较大,对油气管道水平位移的影响明显增大。在相同埋深情况下,采空区开挖引起的应力分布变化明显,当采空区倾角加大时,最大应力区域向倾斜方向下方集中,且当倾角较大时,最大应力区域只出现在倾斜采空区的最下方。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TE973

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【参考文献】
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