Comparative study of analytical and numerical evaluation of the dynamic response of buried pipelines to road-cut excavation blasting

ABSTRACT

This study develops a mathematical model of buried pipelines subjected to surface blast loading based on the theory of beam on elastic foundation. The Fourier transform, a mathematical formula that converts the time domain of the problem to the frequency domain, was used in order to solve a fourth-order non-homogeneous partial differential equation. Transforming the solution back to the time domain, the blast-induced Peak Particle Velocity (PPV) of the pipeline can be calculated. In addition to the mathematical model, a three-dimensional finite element model has been established, thereby drawing a comparison between analytical and numerical results. It can be concluded that the analytically calculated PPV values are found to be higher than the corresponding numerical values. Lastly, the safe distance from the pipeline to blast source and the maximum allowable ANFO explosive weight for two types of rock have been presented in the form of graphs by imposing a limit of 50 mm/s for PPV. This comparative study has investigated the effect of road-cut excavation blasting on pipelines buried under only two types of rock mass. However, it can be used for different types of rock and explosives, mainly thanks to the comprehensiveness of the analytical solution.     

基于 GIS 的智能辅助矿产预测系统研究

本文是在“中大比例尺矿床统计预测智能辅助系统（MILASP系统）”的研制中完成的。其中对GIS 与Internet的关系作了论述‚推导并应用了“扩展证据加权模型”‚对陕西省勉略宁地区进行了实例应用 研究‚初步实现了矿床统计预测工作的计算机化和自动化‚加强了智能辅助支持功能的开发‚集GIS、 RS、ES3种功能为一体‚代表了专用型GIS软件开发的最新方向。     

沿河开发建筑场地之隐伏沙洞的电阻率层析成像

采用电阻率层析成像二维测量的方法,对河南省三门峡市沿河开发的建筑场地进行了勘探,获取了地下隐伏沙洞的准确位置、埋藏深度、含水情况、尺寸大小等。说明电阻率层析成像二维测量的方法在地下隐伏沙洞的探测中是行之有效的;地下隐伏沙洞在没有水体存在时,电阻率层析成像二维测量成果图中反映的一般都是高阻异常封闭圈。如果有水体存在,其异常则表现为低阻异常封闭圈。     

ELASTIC ANALYSIS OF BURIED STRUCTURES SUBJECT TO THREE-DIMENSIONAL SURFACE LOADING

A method is presented which may be used to compute the displacements, strains and moments (both in-plane and transverse) in buried structures such as pipelines and culverts subjected to longitudinal bending. This type of bending can occur if a surface loading such as a vehicular loading or an embankment loading is applied to the soil above the pipe or culvert. Fourier transforms are used to reduce the three-dimensional problem to one involving only two spatial directions, thereby reducing the data preparation and computation time. Conventional finite element analysis is used to approximate the field quantities in the transformed two-dimensional plane. Two Fourier integral element types have been developed which have many applications in geotechnical engineering.     

隐伏走滑断层破裂扩展特征的实验研究

通过模拟实验研究了基岩中走滑断层在上覆沉积层中的破裂扩展特征,利用白光数字散斑相关方法分析了沉积层表面变形场的演化过程,重点研究了基岩断层位移和沉积层厚度的影响。结果表明,在沉积层厚度一定的情况下,随基岩断层的滑动,沉积层中围绕断层投影线逐渐形成一个变形带以及由张性破裂和剪切破裂组成的破裂带,基岩断层的位移越大,沉积层中的变形带越宽、变形越强烈;但当基岩断层位移超过某一临界值后,变形带宽度将保持稳定,只是变形随断层位移增加而更集中。对于同样的基岩断层位移,沉积层厚度越大,受基岩断层控制的变形破裂带越宽,即基岩断层的影响范围越大;但当沉积层厚度超过某一临界值时,沉积层的变形发生了变化,沉积层表面并不存在与基岩断层走向一致的变形带,而是发育了较大尺度、与基岩断层走向斜交的张剪性破裂带。实验结果意味着,临界断层位移和临界沉积层厚度对于确定隐伏断层发震产生的地表变形和破坏具有重要意义     

济阳地区埕岛-垦东构造带中生代的逆冲断层及其与郯庐断裂带的关系

济阳坳陷埕岛—垦东潜山构造带与郯庐断裂带相邻。4条地震剖面在桩西和埕岛地区中生界内揭示大量逆冲断层,据此分析了该构造带不同部位的沉积—变形特征。郯庐断裂带在中生代不同时期具有不同的活动性质。郯庐断裂带的复杂运动过程是桩西和埕岛地区逆冲断层乃至整个北西向构造带中生代以来构造演化的直接动力之一。埕岛—垦东构造带在中生代之前具有相同的构造演化过程,其后由于郯庐断裂带两侧地块发生复杂的斜向离散—斜向汇聚运动,造成构造带不同位置形成了截然不同的构造面貌,于晚白垩世时形成北西向的埕岛—垦东构造带;新生代时因济阳坳陷形成再次统一接受沉积成为潜山披覆构造带。     

渤海油田渤中A构造太古宙潜山裂缝储层预测

钻井揭示渤海油田渤中A构造太古宙潜山拥有巨大的天然气勘探潜力,而目标区太古宙变质岩潜山裂缝储层面临埋深大、非均质性强、横向变化快等问题,制约了该区勘探评价的顺利实施.本次研究从潜山裂缝储层的成因机理出发,分别对风化裂缝带和内幕裂缝带储层特征进行综合分析,开展了针对性的潜山裂缝储层预测技术研究.对于风化带裂缝储层,创新采...     

轮古西潜山岩溶储层发育特征与评价

为分析岩溶储层类型、发育特征及其与油气的关系,以塔里木盆地轮古西奥陶系潜山油藏为例,开展储层精细描述,从钻、录井显示、岩心、常规及成像测井、地震资料等方面描述岩溶储层特征,并运用生产动态测试资料进行评价.结果表明:该潜山岩溶储层主要发育洞穴型、裂缝孔洞型、孔洞型和裂缝型4类储层,其中洞穴型中的洞穴连通型储集空间组合地层能量供应充足,具有一定的上产稳产期,整体开发阶段产量递减缓慢,为最好的储层类型.岩溶储层的发育和油气富集程度与其距潜山面的距离密切相关,潜山面向下50m范围内储层最为发育,油气最为富集.     

砂土中埋设管线竖直向上运动时土抗力研究

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。     

开采沉陷区埋地管道力学反应分析

开采沉陷引发地表变形,导致埋地管道大范围弯曲变形,对管道安全运行构成严重威胁。采用概率积分法预测沉陷区地表三维变形,考虑管-土间的轴向作用和管材非线性等因素,推导管道物理伸长和几何伸长的变形协调方程,迭代求解管道轴心应力和应变。通过实例分析了开采沉陷区埋地管道的应力-应变分布。结果表明,管道除了发生空间弯曲变形外,管-土间的摩擦力还导致管道产生轴向拉、压变形。解析方法计算结果与有限元方法吻合较好,适于以任意角度穿越沉陷区埋地管道的应力-应变计算。分析了开采参数、管道参数以及回填土性质等对管道的变形和应力影响,提出沉陷区埋地管道最大应力与应变的简化评定公式