供水管网震后功能快速修复决策研究

突发地震灾害下,城市供水管网往往不可避免地会发生不同程度的破坏而导致城市供水功能的失效,对人们的生产生活产生了严重影响,快速对震后城市供水管网进行科学合理的功能修复,对于降低地震灾害损失具有重要意义。本文以城市供水管网为对象,针对震后管网系统功能评价及快速修复决策等问题进行了研究。在中国点式渗漏模型的基础上,采用基于破坏概率的渗漏面积计算方法,建立了考虑地震破坏随机性的管线渗漏流量计算模型;针对震后破坏管线展开了水力分析,并提出了以节点水头损失比为指标的节点服务性能失效状态量化方法;进而建立了震后管线的修复决策模型以及功能修复费用模型。研究成果可为震后功能修复工作中管线修复顺序及修复方案的优选提供科学依据,可显著提高震后应急救灾效率,实现城市供水功能的快速修复。     

液化土中输流管道的竖向地震响应研究

砂土液化是埋地管道遭受地震破坏的主要原因之一。液化土对管道产生上浮力,使管道发生上浮反应,它是随地震发生时间而变化的动态过程。将地震载荷作用下的液化区埋土管道模拟成两端弹性支承的直梁模型,考虑管-土间的相互作用和管内流体与管道之间的流固耦合作用,采用模态叠加法对液化区埋地管道进行地震响应的动态分析,探讨了管道和液化土参数对管道动态上浮反应的影响。通过数值仿真得到了管内流体的流速、流体压力、流体密度、管截面轴向力,管道黏弹系数、液化土容重和相对弹簧系数、地震加速度幅值等因素对管道上浮位移的影响情况。     

基于管线三态破坏的震后管网水力模拟方法

传统震后供水管网水力模拟中,每根管线上都设置虚拟渗漏点并以管线的平均渗漏程度设置渗漏点参数。显然这样会大大增加管网拓扑结构的复杂程度,且没有考虑实际地震中管线的爆管漏损。为了模拟真实的震后管网局部的渗漏状态,采用数字仿真模拟管线地震破坏程度,对比其地震破坏概率确定渗漏类型,给出考虑管线三态破坏的震后供水管网水力模拟方法,并编制程序对算例管网进行地震破坏模拟分析,得到结论:由于不考虑爆管断开水力损失,传统方法对震后管网功能估计偏高。     

埋深对地下管道抗震设计的影响

埋深是影响地下管道在地震波作用下变形的一个重要因素,土体位移和位移传递系数随埋深的变化而变化。根据已有规范,并结合实验数据研究埋深对地震波作用下埋地管道变形的影响,得出浅埋管道管-土间位移传递系数的范围及其与埋深和单位面积抗力的关系,完善了供水管网的抗震设计理论。     

用模糊数学法进行管道系统的震害预测

叙述了地震时埋地管道可能遭受的破坏形式、影响管道震害的因素及破坏等级的划分。论述了用模糊数学法进行埋地管线震害预测的方法和步骤，利用这一方法对忻州市供水管网主干线进行了震害预测，给出了在地震烈度Ⅶ度～Ⅸ度作用下的震害预测结果。     

跨断层水泥管试验的有限元分析

在考虑管道的材料非线性和几何非线性、管土相互作用的非线性和管道接口非线性的基础上,建立了由管体梁单元、三向土弹簧单元和接口单元组成的埋地非连续管道在断层位移作用下的有限元模型,并以美国密歇根大学Junhee等(2010)所做的跨断层水泥管试验为原型进行了模拟分析。有限元结果给出的水泥管最终变形、接口转角、接口位移与实验结果基本一致,表明本文提出的跨断层埋地非连续管道抗震计算的有限元分析方法具有一定的合理性。有限元结果和试验结果都表明,在逆冲断层作用下,水泥管的破坏主要是因为在管道接口处的轴向压力和弯矩的耦合作用,在断层附近的管道接口承受了较大的转动和压缩位移。本文所提出的分析方法可推广到埋地非连续管道在其它永久地面变形作用下的有限元分析。     

采用等效弹簧边界分析埋地管线在沉陷情况下的反应

场地的不均匀沉陷是导致埋地管线破坏重要原因之一.到目前为止,国内外对沉陷区埋地管线的反应分析甚少.为了真实地分析管线在沉陷情况下的反应,通过引入一个非线性弹簧,作为分析埋地管线在沉陷情况下反应的边界条件,以代替远处直线段管线的变形,将管线模拟成四节点薄壳单元,土介质简化为弹塑性弹簧,采用线性位移加载来模拟土体的沉陷作用,对有限元模型进行计算分析.通过实例计算,得出了管线的控制力,找出了管线的控制截面,为沉陷区埋地管线的设计提供一定的理论依据.     

徐州市供水生命线工程易损性分析与震害预测

本文以海城、唐山地震一些城市供水管网的震害经验为基础,联系徐州市直埋管线状况和可能出现的地面破坏程度,对该市供水生命线工程作了易损性分析和震害预测。     

穿越逆冲断层的埋地管道非线性反应分析

穿越逆冲断层的埋地管道在地震作用下,容易发生局部屈曲或整体失稳等形式的破坏,研究逆冲断层作用下的埋地管道地震反应规律,对管道抗震设计及施工等具有重要的意义。本文将埋地管线及周围土体从半无限地球介质中取出,分别以空间薄壳单元和实体单元进行离散,采用非线性接触力学方法模拟管、土之间的滑移、分离及闭合现象;采用线性位移加载模拟断层的错动,考虑了系统初始应力状态的影响,对土体未开裂前的管土相互作用系统进行了拟静力数值分析;分析了位错量、土体刚度、埋设深度、径厚比及跨越角度对埋地管道反应的影响,得出了一些有益的结论。     

摄动理论在腐蚀管线随机地震反应分析中的应用

埋地管线的腐蚀情况十分复杂,具有随机性的特点,从而导致其在地震激励下的反应必然具有随机性。本文在管线腐蚀离散状态模型和弹性地基梁原理的基础上,利用随机摄动理论推导给出了腐蚀管线在地震激励下位移和应力的解析表达式,并进行了均值和标准差的计算。实例分析中将该方法计算结果与Monte Carlo模拟方法计算结果进行了对比。结果表明,利用随机摄动方法可以快速、精确地求得腐蚀管线的随机地震反应。     

Seismic reliability analysis of urban water distribution network

An approach to analyze the seismic reliability of water distribution networks by combining a hydraulic analysis with a first-order reliability method （FORM）, is proposed in this paper. The hydraulic analysis method for normal conditions is modified to accommodate the special conditions necessary to perform a seismic hydraulic analysis. In order to calculate the leakage area and leaking flow of the pipelines in the hydraulic analysis method, a new leakage model established from the seismic response analysis of buried pipelines is presented. To validate the proposed approach, a network with 17 nodes and 24 pipelines is investigated in detail. The approach is also applied to an actual project consisting of 463 nodes and 767 pipelines. The results show that the proposed approach achieves satisfactory results in analyzing the seismic reliability of large-scale water distribution networks.     

沈阳市供水系统抗震功能可靠性分析

城市供水管网的抗震研究能够服务于供水管网的规划、设计和改造。以沈阳市供水管网系统为背景,介绍了一类求解大型供水网络节点及系统功能可靠度的方法。对沈阳市主干供水网络进行了抗震功能可靠性分析。研究结果证明,建议方法是合理评价供水管网地震后工作性能的工具,可以为大型供水管网的抗震可靠度分析及抗震设计服务提供基础。     

反应位移法在埋地腐蚀管线抗震分析中的应用

埋地管线作为油、气、水等的传输载体,是地下工程的重要设施之一。埋地管线特别是金属管线容易发生腐蚀现象,在地震灾害的影响下,含有腐蚀缺陷的管线容易发生泄漏和断裂事故,造成巨大的资源浪费和环境污染等损失。因此埋地腐蚀管线抗震性能研究的重要性也越发凸显。本文以埋地腐蚀管线为研究对象,探索管线腐蚀深度、宽度、腐蚀位置和腐蚀管线埋深等腐蚀参数对管线抗震性能的影响,旨在为管线的安全性和实用性提供理论参考,对管线是否继续使用、维护或更换和安全生产提供指导,以及为管线的抗震设计提供基础研究。本文运用反应位移法在有限元软件ANSYS上实现各参数下的埋地腐蚀管线的地震响应分析。     

大型城市管网抗震可靠性分析与优化

本文提出了地震作用下供水系统的渗漏模型,发展了地震后带渗漏管网的流分析技术,结合一次二阶矩方法获得了地震后供水管网的功能可靠度。针对供燃气管网系统则提出了一类高效精确的大型网络抗震连通可靠度分析的概率解析算法———递推分解算法。以上述管网抗震可靠性分析理论为基础,分别发展了基于模拟退火算法的供水系统网络拓扑优化分析理论和基于遗传算法的供燃气网络系统拓扑优化理论。     

横向非一致地震激励下埋地管道的动力响应分析

为研究埋地管道在地震激励时管-土相互作用的动力响应问题,研发双向层状剪切连续体模型土箱,建立管G土相互作用有限元分析模型,对横向非一致地震激励下埋地管道地震响应进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比.结果表明:数值模拟和振动台试验结果中的管道应变峰值均呈现出沿管道中间大两端小的现象,管道中间应变峰值最小达到两端的1．6倍左右;管道加速度、 土体加速度峰值均随着加载等级的提高而增大,涨幅愈加明显,多峰频率由0~10Hz逐渐向10~ 20Hz频域扩散,管道运动更为自由;土体位移随着加载等级的提高呈现逐级增大的现象,在加载等级增加到0．4g 时位移曲线斜率减小,土体非线性表现明显.数值模拟和振动台试验对比分析的结论表明数值模拟分析的合理性和试验结果的可靠性,为研究横向非一致激励对埋地管道地震响应的影响提供了依据.     

沉陷区域埋地管线数值模拟分析

场地的不均匀沉陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一。本文考虑了材料非线性、几何非线性以及管土接触非线性,将管线计算分析模型模拟为四节点薄壳单元结构,周围填覆土体采用八节点六面体单元划分。管土相互作用模拟为三维刚性与柔性的面面接触单元结构,并采用线性位移加载来模拟土体的沉陷作用,对三维薄壳有限元模型进行数值计算分析。通过比较不同参数,如沉陷长度、沉陷深度、埋深、管径、径厚比、土特性等对管线的反应影响,得出管线在沉陷情况下的应力和应变的关系,通过算例分析,说明了该方法能更好地模拟管线的破坏过程,该方法将为沉陷区域埋地管线数值模拟提供理论分析依据。     

埋地管道在地震行波作用下反应综述

埋地管道是"生命线地震工程"的重要组成部分,关系到震区人民的生活和震后救灾活动的开展。在地震行波作用下,其受力和破坏情况比较复杂,因此针对埋地管道采用合理可靠的地震反应分析方法至关重要。梳理了埋地管道在地震行波作用下解析理论和数值模拟的研究成果,总结了相关试验研究情况,指出了存在的问题和需要进一步改进的地方。     

跨越断层埋地管线地震反应数值分析

跨越断层埋地管线在地震中的破坏是非常严重的,地震本身和管土相互作用体系中都存在很多不确定性因素,所以管线在断层运动过程中反应比较复杂。本文利用有限元理论和数值模拟手段,建立了管土作用模型,采用非线性接触问题研究方法详细地分析了管线由断层运动而产生的反应,对影响管线的各种因素进行了分析,包括位错量、跨越角度、断层运动形式、埋设深度、初始轴向力、断层裂缝宽度、填覆土质和管径。通过研究,得到一些初步结论。     

利用接地电阻测试仪确定地埋电缆漏电位置的方法

地埋电缆普遍被应用于通讯等诸多领域,地埋电缆漏电现象普遍存在,查找解决的方法也不尽相同,本文所探讨的是利用接地电阻测试仪,查找确定中卫大地电场台地埋电缆漏电位置的方法,简单易行,能够快速准确的排除故障,从而使观测系统正常工作。尽可能减少因漏电产生的非地震异常数据量。     

A refined seismic analysis and design of buried pipeline for fault movement

Some lifelines, such as gas and oil transmission lines and water and sewer pipelines, have been damaged in recent earthquakes. The damages of these lifelines may cause major, catastrophic disruption of essential services for human needs. Large abrupt differential ground movements that result from an active fault present one of the most severe effects of an earthquake on a buried pipeline system. Although simplified analysis procedures for buried pipelines across strike-slip fault zones that cause tensile failure of the pipeline have been proposed, the results are not accurate enough because of several assumptions involved, such as the omission of flexural rigidity of the pipe, simplification of soil resistant characteristics, etc. Note that the omission of flexural rigidity cannot satisfy equilibrium conditions for pipelines across a ‘reverse’ strike-slip fault that causes compressions in the pipeline. This paper presents a refined analysis procedure for buried pipelines that is applicable to both strike-slip and reverse strikeslip faults after modifying some of the assumptions used previously. Based on the analytical results, this paper also discusses the design criteria for buried pipelines which are subjected to various fault movements. Parametric responses of buried pipeline for various fault movements, angles of crossing, buried depths and pipe diameters are presented.