横穿滑坡下X80管道极限滑坡位移分析

长输管道在运输天然气时不可避免地会穿越地质灾害频发区域,其中滑坡对于管道的威胁性最大,因此对滑坡作用下管道的安全进行评估十分重要。针对X80管道横穿滑坡可能遇到的安全问题,提出管道的极限滑坡位移定义,将其作为评价管道安全的外部指标。依据中贵线某滑坡工况,采用ABAQUS软件建立横穿滑坡下的管-土模型,对不同滑坡裂缝、滑坡宽度下的管道力学行为与极限滑坡位移变化情况进行数值模拟研究。结果表明：不同裂缝位置、滑坡宽度下,管道应力均随位移荷载增加而增大;滑坡裂缝位置距管道越远,管道承受的极限滑坡位移值越大,当裂缝位置为9 m时,管道所能承受的极限滑坡位移达4.03 m;文中工况下滑坡宽度35 m为管道应力变化分界点,此时管道所能承受的极限滑坡位移值最小。     

管道穿越滑坡下静力学与数值模拟对比分析

以管道横穿一滑坡工程实例为背景,利用ANSYS有限元分析软件建立管道横穿滑坡的力学数值模拟模型,采用FLAC3D软件对管道受力变形进行模拟研究,并采用静力学解析计算的方法,对管道变形受力状态进行分析研究,获得了管道临界破坏时管道的应变及应力和滑坡位移等特征。两种分析方法结果基本一致,结果均表明:管道横穿滑坡时,管道两端最易发生破坏。滑坡体管道正中部位变形最大,两侧变形变小,挠度变形曲线表现为正态分布;管道两端应力最大,中部正弯两侧负弯,和两端固定简支梁承受均布荷载弯矩形态一致。在静力学分析的基础上进行数值模拟分析对管道地质灾害的预测预警更准确。      

定向渗流诱导的非均质冻结壁力学特性分析北大核心CSCD

为了合理分析定向渗流诱导的非均质冻结壁的力学特性,将冻结壁最迟交圈的位置视为“危险截面”,通过分段等效的方法结合温度特征点的分布规律,得出该截面的温度曲线表达式;根据冻土力学参数与冻结温度的线性关系,将冻结壁视为随温度函数变化的非均质材料;分别基于M-C准则、D-P准则、广义Tresca准则及双剪强度准则,推导得出定向渗流诱导的非均质冻结壁应力计算公式。基于该公式,结合实际冻结方案的设计参数对冻结壁的力学特性进行计算分析。计算结果表明:冻结壁的承载力随着水流速度的增大而减小,当水流速度为5m·d时,基于M-C、D-P、广义Tresca、双剪强度准则计算得出的弹性极限承载力以及塑性极限承载力分别为2.480、2.462、2.741、3.202以及4.349、4.318、4.561、5.779;当地下水流速增加至10m·d时,对应的弹性极限承载力以及塑性极限承载力降低至2.087、2.085、2.203、2.784以及3.700、3.707、3.908、4.939。冻结壁的径向应力随着相对半径r的增大而增大,而环向应力的分布具有明显的区域差异性;在弹性极限状态下,冻结壁的环向应力的最大值出现在靠近冻结壁中间的位置;在塑性极限状态下,冻结壁的环向应力的最大值出现在冻结壁的分区界线(r=1.685)处。     

水平定向穿越大口径管道起吊仿真分析

水平定向穿越管道起吊过程中,管道的吊点位置决定管道入土角度,如果入土角度偏大或者偏小,都可能导致管道在入土时发生卡管或瘪管事故。通过对管道起吊过程中入土角度、吊点位置对管道应力的影响进行仿真分析,得到：吊点2与管道前端相距10 m,入土角为10°时,两吊点的许用间距为22～28 m;入土角为12°时,两吊点的许用间距为28～36 m;入土角为14°时,两吊点的许用间距为30～36 m,此时管道起吊过程中,管道处于安全状态。当入土角度超过16°时,管道应力超出了管道的屈服应力,因此管道入土角度不宜超过16°。     

浅埋管道水平横向作用下砂土极限承载力研究

断层、滑坡、液化等地质灾害引起的场地大变形对埋地管道结构安全产生严重的威胁。开展了中密砂中埋地管道−砂土水平横向相互作用的系列三维数值模拟,根据数值模拟的结果探讨了不同深径比下管−砂土横向相互作用时土体的破坏模式,研究了深径比对砂土极限承载力的影响。基于管周土体的破坏模式建立了简化计算模型,根据极限平衡理论推导了管道水平横向运动时砂土极限承载力计算公式。研究结果表明：极限状态下,浅埋管道周围土体形成延伸到地表的破裂面,轮廓线近似对数螺线;砂土的极限承载力随着深径比增加,最终在临界深径比处达到稳定;随着深径比的增加,土体发生剪切滑动破坏所需的管道位移也逐渐增大;由于横向承载力系数取值依据不同,国内外规范计算所得土体极限承载力差异较大;得到的解析解能够较好地预测中密砂土中浅埋管道水平横向运动时土体的极限承载力。     

长输管道局部腐蚀体积型缺陷逐次评价

局部腐蚀包括缝隙腐蚀、应力腐蚀、腐蚀磨损、氢腐蚀,H2S应力腐蚀和氢腐蚀是长输管道最容易发生的一种局部腐蚀方式。针对长输管道易发生局部腐蚀的特点,参考其他管道评价方法,根据现场管道的安全状况,提出了适用于现场的含局部腐蚀体积型缺陷管道的三步评价法。该方法不需要考虑管道的腐蚀裕量,简化公式,便于现场计算。     

缓慢复活型滑坡滑带土的蠕变性质与特征强度试验研究

锁儿头滑坡是甘肃省舟曲县城附近、体积约72.85×106 m3的一个巨型老滑坡。20世纪70年代末滑坡开始复活,至今一直处于缓慢活动之中,显示滑坡活动具有典型的蠕动特点。滑带力学特性是控制滑坡活动机制的关键因素之一,为了弄清该滑坡滑带物质的蠕变性质以及控制滑坡活动的强度指标,通过滑带土残余状态下的直剪蠕变试验,研究了滑坡滑带土的蠕变特性,比较了滑带长期强度和残余强度的关系。研究发现,滑带土蠕变特性与应力状态相关,滑带进入加速蠕变的临界剪应力和剪切速率均与正应力线性正相关。该滑坡应力状态指示其已具备进入加速蠕变的条件。残余状态下该滑坡滑带土的长期与残余强度基本等价,前者略大于后者,且增大量值与正应力有负相关关系。     

寒区输油管道基于应变设计的极限状态研究

寒区输油管线沿线地质环境复杂,滑坡、冻胀、融沉等自然灾害会导致管道形成大差异变形量.而差异变形量所引起的应力应变行为直接影响管道的安全服役性能,严重时会使管道破坏失效.基于寒区输油管道在实际服役工况下的受力变形条件,充分考虑冻胀效应、油压效应和热应力效应对输油管道的影响,分析了不同长度、壁厚、油压条件下轴向拉伸应变的分布规律及其影响因素.基于轴向应变设计理论准则,建立了上述条件下输油管道的极限服役状态,得到了对应状态下输油管道的许应最大极限冻胀变形量.结果分析表明,采用基于应力的设计准则偏保守,采用基于轴向应变的设计准则能更多的利用管材的变形性能.可为管道的合理设计、安全评价、完整性管理提供一定的理论参考.     

基于NMR的库区滑坡三维稳定性数值模拟

传统的勘探、测试手段, 难以获取可靠的滑坡岩土体水文参数, 直接影响滑坡研究的建模、评价工作.应用核磁共振找水方法并结合其他方法建立滑坡三维地质模型, 并提出基于NMR技术的库区滑坡稳定性研究思路.以赵树岭滑坡进行测试, 获取了岩土体的水文地质参数数据, 确定出该滑坡具有两层地下水, 上部潜水含水层, 下部微承压含水层; 具有两层滑面.该技术的分析结果与钻孔数据吻合较好, 可为建立符合实际的滑坡模型提供可靠依据.利用自编渗流-应力耦合有限元程序和ANSYS进行了145 m、175 m及175m降至145 m滑坡的稳定性模拟.结果表明: 145 m及175 m水位, 该滑坡整体处于稳定状态, 前缘随水位抬升局部破坏范围扩大; 175 m降到145 m时, 坡整体稳定性接近极限状态.且滑坡后缘局部位置出现小规模变形破坏的可能.      

岩土力学研究的一些反思

传统三轴试验径变形的测量多采用链式环状传感器,假设试件为对称破坏,呈X型或沿中心轴对称破坏为合理测量方式,绘制偏应力与体积应变曲线斜率没有意义,如果在三向等量加卸载下斜率具有含义。弹性阶段比例极限和峰值应力恒定,外加应力大于比例极限应力时比例极限和峰值应力随损伤变化。破坏区荷载与位移关系曲线是材料力学与结构综合体现,应将应力和应变改为视应力与视应变;传统的迟滞回线面积是能量耗散表征是不正确的,应是能量存储、转换和耗散表征;沿中心轴破坏应为拉破坏,能很好地解释岩体中拉裂纹现象,因此提出循环加卸载试验以卸载曲线线性段作为材料参数确定依据。对于孔隙连通材料,施加应力大于比例极限应力,在不排水任意应力状态水压力卸载至0,以卸载曲线的线性段决定相应材料参数,建议传统三轴试验改为50 mm×50 mm×100 mm六面体试件。在比例极限应力内,损伤变量恒定,在外加应力大于比例极限应力时,沿应力主轴各方向损伤演化不一致,且随应力路径变化。     

管道穿越对煤系土河床冲刷深度的影响

为研究管道穿越煤系土河床后对冲刷深度的影响,基于室内构建的煤系黏土质和砂质河床模型试验装置,设置不同管道埋深、管径大小和冲刷流速进行冲刷模拟试验,并利用SPSS 25.0软件对河床冲刷深度与以上3个因素进行多元线性回归分析。结果表明:管道埋深、管径大小和冲刷流速3个因素能够解释冲刷深度71.4%~80.6%的变化,管道埋深显著负向影响冲刷深度,管径大小和冲刷流速显著正向影响冲刷深度。管道穿越会破坏河床颗粒间的原始胶结状态,强化水流的冲刷作用。利用所得线性回归方程对珠海市某管道穿越工程进行安全性验证,考虑了管道埋深与管径大小对冲刷深度的影响,验证结果证明了回归方程的可行性。研究成果为管道穿越工程设计提供一定参考。      

基于弹性地基梁理论的冻胀作用下管道应力分析

穿越冻土区的埋地管线在遭遇冻土差异性冻胀时,管道会发生翘曲变形,管线将面临很大的安全隐患。为此,基于弹性地基梁理论建立冻胀条件下的管-土相互作用模型,分析了管道在冻胀及其影响因素作用下的应力分布规律,探讨了冻土地基特性（弹性模量、泊松比及地基系数）与温度的关系,对比了不同地基系数、冻胀量、管径、壁厚、温差以及上覆土厚度等特定条件下的管道应力峰值状况。计算结果表明：管道在过渡段与冻胀段及非冻胀段交界处有最大应力值,各类影响因素对管道交界处的应力影响最显著;地基系数的值越大,差异性冻胀量越大,管径越大,温差越大,管道交界处应力峰值也越大;管壁越厚,在管道交界处的应力峰值越小;管道上覆土层越厚,管道受冻胀作用弯曲应力越小,即加深上覆土层可降低管道由于冻胀抬升所产生的应力,可减缓管道变形。     

Lateral strength and critical depth in infinite slope stability analysis

Infinite slope (IS) method is the simplest limit equilibrium method for slope stability analysis. It gives reliable results for slides where the longitudinal dimension prevails on the depth of the landslide. Usually results are conservative since ignoring the effects of the strength along lateral bounds. Here, starting from the assumption of considering the effects of the shear strength along lateral bounds by a rectangular cross section, a new expression of the safety factor is investigated, based first on an elliptical and then on a parabolic cross section of the landslide mass. The safety factor evaluated in this way can be quite different from those returned by the classic formula of IS model, in particular when the width of the landslide is narrow with respect to its depth and the ratio between the width and the depth of the landslide is lower than 5. An interesting implication of the proposed model is that if cohesion differs from zero, there is a ‘critical depth’, where the safety factor has a minimum value. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

直接评价法在油气集输管道内腐蚀评价中的应用

文章以某油田集输管道内腐蚀评价为例,说明了直接评价法能有效识别油气集输管道内腐蚀,而且还能对因受条件制约不能进行内检测的集输管道进行内腐蚀评价,同时还能在内腐蚀未发生之前进行内腐蚀预测并识别出管道内腐蚀的高风险段。     

某滑坡抗滑桩治理效果监测分析

野水沟滑坡为忠县-武汉输气管道工程沿线上的一滑坡灾害点,采取了抗滑桩这一治理措施以保证管道的安全运行。为了确保施工期的安全和获取抗滑桩的内力分布数据并客观评价抗滑桩的工作状态,对滑坡体进行了长期的GPS地表位移和抗滑桩应力监测。通过建立单筋矩形截面受弯构件模型,给出了根据钢筋计监测数据计算抗滑桩弯矩的方法并提出了安全可靠度这一概念以定量判断抗滑桩的工作状态。对该滑坡地表位移及抗滑桩内力监测成果分析表明,抗滑桩目前处于安全状态,发挥了一定作用,治理工程取得了明显效果,抑制了滑坡的进一步变形。      

分层土中水泥土围护结构抗倾覆验算方法的改进

推导了分层土中水泥土围护结构抗倾覆稳定系数计算公式,提出了改进的计算方法,研究了土层分层结构对水泥土围护结构抗倾覆稳定系数的影响。土层上软下硬时,水泥土围护结构抗倾覆稳定系数分别随着墙体宽度与入土深度的增加而增加。土层上硬下软时,增加墙体宽度对于提高抗倾覆稳定系数具有较好的效果,而增加墙体入土深度对于提高抗倾覆稳定系数作用不大,因为分层土中,水泥土围护结构抗倾覆稳定性主要依靠下部土体的被动土压力来维持,即抗倾覆稳定性主要受下层土体强度的影响。如将分层土参数按厚度加权平均取值后作为均匀土对待,对上软下硬土层,该方法计算的抗倾覆稳定系数比分层方法得到的小,偏于保守;而对上硬下软土层,该方法计算的抗倾覆稳定系数比分层方法得到的大,存在安全隐患。改进方法与常规计算方法对比表明,其计算结果更为安全合理     

氯盐和冻融循环复合作用对深埋公路隧道安全性能的影响

对氯盐和冻融循环复合作用后Ⅳ级围岩中埋深为30 m的隧道,运用同济曙光软件建立荷载-结构法拉压弹簧模型进行分析计算,该荷载-结构模型在拱顶152°范围内设置拉弹簧,其余部位设置压弹簧,计算表明：随着环向裂缝宽度（钢筋锈蚀程度的增加）以及纵向裂缝深度的增加,隧道安全性能逐渐降低;衬砌具有相同钢筋锈蚀程度和纵向裂缝深度时,拱顶处病害比拱腰处病害对隧道安全性能的影响大;当环向裂缝宽度小于0.2 mm时,环向裂缝宽度的变化对隧道衬砌安全性能影响不大。     

地震动作用下滑坡稳定性分析

应用地震危险性分析理论和地震动人工合成技术,给出Newmark法中所需的地震动时程。通过滑坡实例计算,得出了坡体中地震动峰值加速度与深度存在负指数关系;坡体对地震动放大倍数与坡体厚度近似呈线性关系。通过对Ne wmark法中不同地震动时程作用位置的计算对比,发现使用地面地震动时程得到的结果虽有些偏于安全,但基本是合理的。     

阳坡里隧道纵穿滑坡体段变形破坏机制与加固效应研究

以武罐高速公路阳坡里隧道为依托,深入探讨了隧道纵向穿越滑坡体情况下隧道与滑坡的相互作用机制及变形破坏模式。在理论分析的基础上提出了针对性的综合工程防治设计方案,并采用强度折减有限元法与极限平衡法对隧道穿越滑坡段的开挖加固效应进行了分析研究,对开挖加固前、后滑坡的稳定性进行了对比分析。结果表明：在隧道开挖条件下,滑坡的稳定性满足规范要求,目前该工程正在施工中,安全稳定性良好。另外,研究表明：纵穿滑坡体段的隧道结构对滑坡体来讲是一个重要的“抗滑结构体”,由于受滑坡推力作用隧道衬砌结构所受主应力发生明显偏转,当进入基岩后,随着隧道拱顶距基岩与覆盖层接触面距离的增加,衬砌所受各主应力逐渐转变为正常状态。提出的隧道纵穿滑坡段的分析思路和综合防治方案对类似工程有一定的借鉴和指导意义。