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埋地管道管土界面应力试验研究

高珊珊  
【摘要】:随着我国综合国力的不断提高,人们加快了城市化建设和经济的快速发展。然而随着城市建设和经济增长,油气资源逐步成为城市运转和经济发展的重要基础保障。因埋地管道运输具有受外界环境和气候变化干扰小、运输费用低、运输损耗小、安全性能高等优势,人们加快了埋地管道的铺设,其成为长距离输送油气的主要运输方式。然而埋地油气管线铺设区域范围广,将不可避免的穿越冻土区、断裂带等各种不良土层,以至于人们对埋地管道的抗震、冻胀融沉等安全性问题越来越重视。我国国土陆地面积被百分之七十五的冻土层和季节性冻土层所覆盖,以至于我国许多重要输油管线都将穿越冻土层,外界环境气温的改变对土体的物理性质和力学特性的影响非常大,当外界环境温度降低至零摄氏度以下,土体将发生冻胀现象,当外界环境温度升高至零摄氏度以上时,土体将产生融沉现象。致使埋地管道周围土体的物理力学性质发生改变,其对管道的安全运行极其不利。因此研究埋地管道与冻土之间的界面应力问题及埋地管道与常温土之间的界面应力问题,对进一步开展埋地管道的抗震设计和施工具有非常重要的指导意义。本文结合试验方法和理论方法对埋地管道管土界面应力进行了研究分析。针对埋地管道管土间界面应力的研究主要内容包括以下几个方面:一、土的物理性质和力学特性试验研究(1)采用试验的方法测量土的密度ρ、含水量w、塑性指数I_P等基本物理参数并对试验土样进行分类。(2)研究含水率对未冻结土和冻结土的物理力学性质的影响,分析不同含水率的土样冻结后的物理力学特性。(3)通过试验研究了土的抗剪强度、抗压强度及压缩性质等重要土力学性能。并采用三轴剪切试验和直接剪切试验研究常温土和冻土的抗剪强度性能;借鉴混凝土立方体抗压强度试验方法分析冻土的抗压强度性能;采用单杠杆固结仪研究分析土的压缩性。(4)研究分析含水率对常温土和冻结土抗剪性能的影响;得到常温土和冻结土的抗剪强度及抗剪强度参数与含水率之间的关系。(5)冻结粉质粘土的抗压强度随着含水率的增大而增大,增大到一定程度后随着含水率的增大而减小,但冻结砂土的抗压强度随着含水率的增大而增大。二、埋地管道管土间界面应力的作用分析(1)本论文进行了砂土和粉质粘土两种土类型的管土界面应力作用试验,分析埋地管道在这两种土类型的未冻结情况下和冻结情况下管土界面应力问题。(2)建立了埋地管道管土间界面应力力学计算模型。(3)利用试验数据验证理论计算模型的正确性,并拟合了埋地管道管土界面应力—位移公式。三、埋地管道管土间界面应力作用分析(1)利用管土间界面应力理论模型得到的管土间界面应力值与试验值基本吻合。(2)通过室温管土间界面的应力—位移曲线与冻土管土间界面的应力—位移曲线进行对比,分析发现,土冻结后管土界面间的应力值远大于常温下管土界面间的应力值。冻土对管土相互作用的影响较大。


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