砂土中埋设管线竖直向上运动时土抗力研究  

Studies of soil resistance for buried pipeline uplift in sand

作　　者：刘润[1] 李彪[1] 王洪播[1] 张军[1] 徐余[2] 

机构地区：[1]天津大学建筑工程学院,天津300072 [2]天津市建筑设计院,天津300074

出　　处：《岩土力学》2011年第S1期27-32,共6页Rock and Soil Mechanics

基　　金：国家自然科学基金资助项目(No.40776055);国家自然科学基金创新研究群体科学基金资助项目(No.51021004);上海交通大学海洋工程国家重点实验室研究基金资助项目(No.1002)

摘　　要：埋设的海底管线在高温、高压下较易发生竖直向屈曲大变形,保证足够的埋置深度是海洋工程中克服管线出现竖直向屈曲变形的有效手段之一。因此,研究土体能够提供给管线的抗力及在管线竖直向上拱起过程中土体抗力的变化规律,对管线的抗屈曲大变形设计具有重要的意义。结合渤海湾海底地表土质特点选取细砂进行了室内管-土相互作用试验,测量了不同直径、不同埋置率(上覆土厚与管线直径的比)的试验管段,在竖直向上运动过程中所受到的土抗力;采用数值方法有效地模拟了试验中管段的受力变化过程。进而将结果推广,得到了砂土中常用直径管线受到的土抗力大小及作用规律。试验及数值模拟结果表明,管线竖直向上运动时,土抗力的发挥随竖向位移增加而迅速增大达到峰值,峰值抗力所需要的位移随管径与埋置率的增加而增大;实际工程中峰值抗力对应的管线位移约为管径的0.1倍,计算结果可供管线设计时参考。埋设的海底管线在高温、高压下较易发生竖直向屈曲大变形,保证足够的埋置深度是海洋工程中克服管线出现竖直向屈曲变形的有效手段之一。因此,研究土体能够提供给管线的抗力及在管线竖直向上拱起过程中土体抗力的变化规律,对管线的抗屈曲大变形设计具有重要的意义。结合渤海湾海底地表土质特点选取细砂进行了室内管-土相互作用试验,测量了不同直径、不同埋置率(上覆土厚与管线直径的比)的试验管段,在竖直向上运动过程中所受到的土抗力;采用数值方法有效地模拟了试验中管段的受力变化过程。进而将结果推广,得到了砂土中常用直径管线受到的土抗力大小及作用规律。试验及数值模拟结果表明,管线竖直向上运动时,土抗力的发挥随竖向位移增加而迅速增大达到峰值,峰值抗力所需要的位移随管径与埋置率的增加而增大;实际工程中峰值抗力对应的管线位移约为管径的0.1倍,计算结果可供管线设计时参考。

关 键 词：埋设海底管线 竖直向屈曲变形 模型试验 土抗力 数值模拟 

分 类 号：P634.1[天文地球—地质矿产勘探] TU45[天文地球—地质学]