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文檔簡介
1、埋地管道作為物流輸送的一種有效手段,與現(xiàn)代工農業(yè)生產和人民生活的關系越來越密切。隨著公路、鐵路等基礎設施的大量修建,由機械施工產生的沖擊荷載必然對鄰近埋地管道周圍的地層產生擾動,給埋地管道的正常使用和安全運行帶來不利影響。而油氣管道一旦發(fā)生運行事故(破裂、爆管或滲漏),除了管道系統(tǒng)自身損壞造成的直接損失外,還有可能引發(fā)嚴重的次生災害,造成土壤和地下水的污染,導致巨大的經濟損失甚至人員傷亡,危及社會生產與生活安全。因此,為保障管道的安全,
2、也為工程建設順利進行,研究機械沖擊荷載對埋地管道的影響及控制已成為當前巖土工程界和管道安全保護亟待解決的一項重要課題。
有鑒于此,本文借助于理論分析、有限元數(shù)值計算和現(xiàn)場試驗對機械沖擊荷載作用下埋地管道的受力性狀進行了綜合研究,以此評估和控制施工振動對鄰近埋地管道的影響。主要開展了如下幾方面的研究工作:
(1)對沖擊荷載作了定性和定量描述,建立沖擊物理模型,對運動方程求解推導了沖擊荷載的數(shù)學表達式;基于波動理論,分析
3、了沖擊型點振源產生的振動波在巖土體中的傳播特性,并給出了估算振動波影響范圍的方法。結合理論分析和數(shù)值模擬,得到了存在衰減的粘彈性介質中振動波的傳播規(guī)律。
(2)對埋地管道受力的現(xiàn)行計算理論和方法進行了闡述,評述了現(xiàn)行管土相互作用理論分析模型的不足。在考慮管土接觸面變形協(xié)調的基礎上,采用應力函數(shù)法推導了埋地管道管周土壓力的彈性解,建立了管周應力與管道截面剛度之間的解析關系,為管道受力計算提供了一種新的途徑。
(3)在對
4、埋地管道受力分析的基礎上,從理論上分析了沖擊荷載對埋地管道的作用?;贐oussinesq方程,建立了埋地管道在地表沖擊荷載作用下的受力表達式;基于Mindlin計算模型和無限梁彈性地基模型,建立了樁孔內沖擊時沖擊荷載作用下埋地管道的受力計算公式;基于單位脈沖δ函數(shù)屬性及傅里葉級數(shù),建立沖擊荷載作用下埋地管道的Eular-Bernoulli地基梁分析模型,求解了沖擊荷載下埋地管道的動力響應。為橋梁樁基施工振動對埋地管道的影響分析提供理論
5、支持。
(4)建立三維管土非線性接觸有限元計算模型,分別從振源位置變化、管道埋深、沖擊能量、管道與振源間距等方面分析了埋地管道在沖擊荷載作用下的動力響應,并對影響因素作了參數(shù)敏感性分析;通過數(shù)值計算,著重論述了地表振動速度與管道變形的關系;針對沖擊荷載的周期循環(huán)特性,對埋地管道的累積效應進行了相應計算和分析。
(5)開展現(xiàn)場微震試驗,通過試驗分析了施工振動特性及對鄰近埋地管道的影響,將其結果與相應數(shù)值計算結果進行了比
6、較;并通過沖擊振源的定位分析,得出了振動影響范圍,為橋梁樁基施工振動研究提出了一種新的手段和方法。
(6)在數(shù)值計算和現(xiàn)場試驗的基礎上,對橋梁樁基沖擊鉆孔施工振動可接受控制標準進行了探討。通過對相關規(guī)范的深入剖析,結合管道承受振動荷載能力的計算,以此提出了鄰近埋地管道沖擊鉆孔施工振動的控制標準,并從主動控制和被動控制兩個方面系統(tǒng)總結了管道的保護和控制措施,在工程實際應用中取得了較好成效。研究成果可以直接應用于相近工程,研究方法
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