基于岩土纵向分层的中深层U型地埋管换热器取热性能研究

为探讨不同地质结构分层下不同影响因素对中深层U型地埋管换热器传热性能的影响,建立了基于岩土纵向分层的中深层U型地埋管换热器的数值传热模型,利用MATLAB软件,采用交替方向隐式法模拟了循环流量、入口温度、水平管长度、保温材料导热系数、回填材料导热系数对U型地埋管换热器传热性能的影响．结果表明：(1)当循环工质流量从10 m³/h增加到30 m³/h,取热量逐步提高,但提高入口温度会导致取热性能下降．为使热泵机组、地热换热器高效运行,需要综合考虑循环流量的选择以及根据实际工况调试出合理的入口温度;(2)增加水平管长度对于提升埋管换热器性能明显．在经济成本以及技术允许的情况下可适当增加水平管长度;(3)在上行管出口部分设置保温层后,取热量增加,但随着导热系数的降低,取热量增幅逐渐减小,因此采用低导热系数保温材料可以减轻逆向传热现象;(4)其他参数不变时,提高回填材料导热系数可以明显提高换热器出水温度,增大取热量,因此可以采用导热系数较高的回填材料来提高换热器取热能力．     

承插式复合材料埋地管道抗震性能分析

为研究承插式复合材料埋地管道抗震性能,建立了由四个玻璃纤维/热固性材料铺层(0/90/0/90)组成的管体有限元模型。对承插式接口的力学性能进行了计算,并给出了接口在三个方向上的等效弹簧参数。对埋地管道在不同强度地震作用下的整体位移分布、各铺层的应力分布以及承插式接口的抗震性能进行了分析。结果表明,两个0°铺层的应力比两个90°铺层的轴向应力均增大75%左右;随着地震强度的增大,接口E轴向等效弹簧的相对位移与抗力随之提高;在0.2 g,0.4 g,0.6 g地震强度作用下下,管道中部接口E的相对位移均未超过界限位移值,均保持正常工作状态。     

跨越断层埋地管道屈曲分析

考虑埋地管道与土介质的相互作用，分析了管道作为薄壳结构的断层位错反应。管道模型化为四结点薄壳单元结构，土介质简化为弹塑性弹簧，建立了管土相互作用的有限元分析模型。计算中，考虑了管道与土介质的材料非线性，管道几何参数，断层类型及破碎带宽，断层滑移角，埋深，内压，温度应力等因素的影响，根据计算结果描绘出管道控制点位移，应力及应变时空分布曲线；比较不同参数下管道的反应特征，总结管道反应的变化规律。最终得到结论：在大位移断层运动作用下，埋地管道反应存在明显的非线性效应，断层类型，管道埋深等因素不能忽略。     

管土相互作用下埋地管道的抗震性能研究

管土相互作用是影响埋地管道抗震性能的关键因素之一，分析管土相互作用是城市地下管道建设中面临的突出问题。在应用ADINA软件实现地下管道与土体融合有限元建模的基础上，通过定义管土接触来设定管土相互作用；介绍了管土接触设定、地震荷载加载时间函数、模型参数选择与求解步骤，并依据所建模型计算了埋地管道的变形和应力分布。根据计算结果，分析了管土相互作用对埋地管道抗震性能的影响，并给出了几点工程建议。     

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。     

地震荷载作用下埋地玻璃钢夹砂管的动力响应分析

玻璃钢夹砂管在土木水利工程领域得到了愈来愈广泛的应用,但现有的埋地管道地震响应分析模型大多不考虑管-土动力相互作用,且多针对均质材料管道,无法应用于具有明显层状复合材料结构特征的玻璃钢夹砂管。基于玻璃钢夹砂管的层状复合材料结构特征,建立了完整的埋地玻璃钢夹砂管地震响应分析模型,在数值分析模型中,考虑了管-土间复杂的动力相互作用,以及地震散射波从有限域向无限域的传播。算例分析表明,所建立的埋地玻璃钢夹砂管地震响应分析模型可合理地分析埋地玻璃钢夹砂管在地震荷载作用下的动力响应。     

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。     

液化区埋地管线的数值模拟分析

利用ANSYS有限元分析软件,建立了由场地土液化引起的地下管道上浮反应的分析模型。用土弹簧模型模拟地下管道的受力特点,考虑了管土之间相互作用的非线性特征,通过算例分析了管道在发生上浮反应时的应力应变曲线,探讨了液化区埋地管道在发生上浮位移时的受力特征,得出了一些有意义的结果。主要有:管线的应力应变以轴向为主,并且管顶和管底的受力最大,管侧相对于管顶和管底轴向应力应变很小可以忽略;最大应变位于液化区和非液化区交界处;管线中点处等效应力达到极值等等。     

埋地管道地震响应的数值仿真模型分析

基于ABAQUS通用有限元软件平台,利用黏弹性人工边界实现无限域的有限化,采用摩尔-库伦模型考虑土体的非线性,建立了埋地管道的数值仿真模型。首先,论文讨论了土-管相互作用参数对管道应变的影响,建议了数值仿真分析中接触面摩擦系数的合理取值;其次,通过与埋地管道振动台试验结果的对比,验证了埋地管道振动台试验中模型边界处理的有效性,进而讨论了埋地管道模型试验中的相似律问题;最后,进行了管道应变响应分析,并简单分析了类河谷地层埋地管道的应变响应。通过本文的研究,获得了埋地管道地震响应的一些规律性成果,为更深一步的研究奠定了基础。     

埋地管道在地震波作用下的变形分析

埋地管道是一种特殊的地下结构,因其埋于地下,延伸很远,抗震问题较为复杂。地震时由于管道周围土体移动而引起的管道位移使管道产生破坏,影响了人们的生产生活,造成了严重的经济损失。为了使埋地管道抗震设计更为合理,从而减小不必要的经济损失,针对地震波作用下埋地管道的不同变形,研究了各项工程参数对埋地管道变形的影响。不同地震烈度下管道的位移标准值不同,对于钢管和PE管6度时为15mm6度时为45mm,8度时为90mm,9度时为120mm;对于铸铁管,6度时为13mm,7度时为40mm,8度时为80mm,9度时为110mm,为埋地管道的布置提供了参考依据,使管道布置更加合理。     

地震作用下埋地弯管变形传递系数分析

由于管道与土体的刚度相差较大,在振动荷载下,两者的运动不能相互协调,致使在研究管道破坏方面,管土之间的变形传递是一个极其重要的研究方向.目前学者对弯管的管土变形传递研究做得较少.本文通过弯管与土体的缩尺振动台试验及三维有限元模型,得出了地震作用下埋地弯管的变形传递系数的拟合公式.然后将试验结果与拟合公式的计算结果和有限...     

场地沉陷作用下埋地管道屈曲反应分析

土体沉陷是引起埋地管道破坏的重要原因之一,它会引起穿越该沉陷区域的大口径地下管道屈曲失稳,使管道在没有达到拉伸或剪切强度前便退出工作.将管道与周围土体从半无限土体介质中共同取出,建立沉陷作用下的管土相互作用模型.管道以薄壳单元模拟,土体采用实体单元进行离散,采用特征值屈曲分析方法对沉陷区域埋地管道的屈曲稳定性进行了分析,给出了管道发生屈曲时的屈曲模态及对应的沉降量.研究沉陷区长度、管道埋深、管径、壁厚及场地条件等对管道屈曲反应的影响.在文中所用模型与假设条件下发现地下管线埋深较浅时更易发生屈曲失稳,管道径厚比越大管道越易发生屈曲,场地土体越硬管道越易发生屈曲失稳等结论.     

地震断层作用下埋地管线的反应分析

本文在王汝梁分析方法的基础上，提出一种物理概念明确、简单实用而又保证其精确度的计算方法。在该方法中作某些简化便可退化到Newmark-Hall或Kennedy方法上。本文还找到一个无量纲的物理量,它与管子与断层的夹角、断层的错距、管子的直径、壁厚和管土间的摩擦系数有关，其物理意义为管截面内轴向应变与弯曲应变的比值，当它在个范围内变化时，管中应变以弯曲应变为主，当它在另一个范围内变化时，管中应变轴向应变为主。     

地震动和断层作用下埋地管道破坏的流固耦合分析

在考虑流固耦合和地震荷载作用的情况下,应用ADINA(Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis)中流固耦合分析求解器ADINA-FSI,建立了地下管道破坏分析的有限元模型,介绍了建模和计算过程,地震荷载加载和断层活动约束的实现,以及模型参数选择等。依据计算结果,分析了管内介质及流速等参数对管道破坏的影响。管道内输送介质密度和流速越大,管道越易破坏,故在埋地管道设计中应充分考虑管内介质的密度与流速。针对计算结果,提出了几点认识和建议。     

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。     

液化场地下埋地管道上浮反应影响因素分析

液化场地下埋地管道上浮反应是管道破坏的主要原因,避免因上浮造成的管道破坏,是城市地下生命线工程建设中急需解决的问题。利用ADINA有限元分析软件,建立了液化场地下埋地管道上浮反应的管土接触-土弹簧分析模型。考虑了非液化区的管土接触作用和液化土的非线性约束作用,对埋地管道的上浮位移及轴向应力进行了分析,探讨了管道自身以及液化土的一些参数对埋地管道上浮反应的影响。结果表明:管径、液化土密度,液化区长度越大,埋深、壁厚越小,管道的变形越大,破坏越严重,并给出了几点工程建议。     

P波作用下埋地管道的相互作用动力分析

建立了波动理论计算公式,给出了地下管道在平面P 波作用下动力响应问题的解析近似解答.对地下多管道体系的动力相互作用进行了分析.结果表明:当埋地管道之间的距离较近时,管道之间的波往复反射作用增强,相互作用明显,动应力集中具有显著的放大效应;随着管道中心距离的增加,动应力集中峰值振荡逐渐平稳;当中心距达到约100倍的管道内径时,相互作用消失,结果退化为单个管道的结果.     

地电阻率测量中电极埋深影响的数值模拟研究

结合测区的地质水文资料,采用有限元分析软件ANSYS对河源和平地电台地区建立三维有限元物理模型并进行物理环境变化下的数值模拟实验,并分别计算了正常状态、地表雨水、挖土施工、地下低阻流体四种情况下真电阻率的变化对观测电阻率的影响,在四种情况下模拟分析不同的电极埋深对电阻率观测值的影响。结果表明:电极埋深越深,对表层电阻率变化越不敏感,而对深层环境变化反映越明显;相反,电极埋深越浅,越容易受到表层环境的干扰,而对深层有意义的变化却反映迟钝。     

考虑土结相互作用的逆断层作用下埋地管道性能离心机试验

埋地管道地震作用下的破坏因素源于地震引起的永久地面变形(PGD),其中管道-土体间相互作用决定土体位移作用到管体的大小。利用离心机试验技术模拟埋地管道在逆断层大位移下的反应特性,重点讨论断层与管道的交角、断层位移大小、管土相互作用、管径和埋深五个参数对管道破坏的影响水平。实验结果表明:上述参数对管道断层作用的反应均有明显影响,其中断层的位移量、管土相互作用、埋深和管径的影响更为显著。本文的研究结果对于管道经过断层区的抗震设计有十分重要的意义。