滑坡作用下埋地管道强度失效分析.pdf

第49卷第 6期 化 工 设 蚤 与 管 道 V_01．49 No．6 2012年 12月 PROCESSEQUIPMENTPIPING Dec．2012 · 管 道 与 管 件 · 滑坡作用下的埋地管道强度失效分析 李华 ，徐震 ，杨永和 ，陈小辉 ，陈旭 (1．天津大学化工学院，天津 300072；2-中国石油西部管道公司，乌鲁木齐 830012) 摘 要：利用ANSYS有限元分析软件，建立了滑坡作用下管道的分析模型，用土弹簧模型模拟地下管道 的变形及应力特点，考虑管土之间相互作用的非线性特征。通过算例分析管道在发生滑坡作用时的应力 应变曲线，探讨了管道在发生滑坡作用时的受力特征，得出了一些有意义的结果。最后，由计算结果推 导出便于工程实际应用的判别管道强度失效的拟合公式。 关键词：滑坡；埋地管线；土弹簧模型；应力应变；有限元分析 中图分类号：TQ055．8；TH123 文献标识码：A 文章编号：1009—3281(2012)06—0054—004 地震引发的滑坡是导致埋地管线破坏的重要原 Liu等 分别利用ANSYS和ABAQUS等有限元分 因之一，而埋地管线是生命线系统工程的重要组成部 析软件建立了滑坡作用下埋地管道和液化场地中埋 分，被广泛应用于输油、供气、供水等系统中，是现 地管道的土弹簧分析模型，考虑了管土之间相互作用 代化生产和城镇生活的大动脉。因此，分析滑坡作用 的非线性特征，得到了管道的受力规律及失效因素。 下埋地管线的反应规律是必要的。在滑坡等地震灾害 因此 ，本文利用ANSYS有限元分析软件建立横向滑 作用下，当管线的应力水平超过其承载能力时，管道 坡作用下埋地管道的土弹簧分析模型，同时考虑管土 就会失效而引发泄漏和爆炸，给人民生命财产造成重 的材料非线性 以及大变形的几何非线性特征，利用 大损失。因此，如何预测管道在滑坡等地质灾害作用 有限元计算结果，拟合得到了便于工程实际应用的， 下的极限承载能力，对于指导埋地管线的理论设计和 埋地管道在滑坡作用下失效判别式。 安全评估都是至关重要的。 1 ANSYS分析模型的建立 埋地管道在上覆土和地面荷载等作用下产生形 变，管道侧壁和底部外凸挤压土体的同时，土体也会 1．1 土弹簧参数的选取 产生对管道的弹性抗力，约束管壁向外变形，间接增 基于土弹簧的有限元模型可 以较全面考虑到管 强了管壳的刚度。由此可见，埋地管道承受上覆土等 线的轴向及横向变形，算法简便，便于应用。土弹簧 载荷的能力是由管道本身的强度、刚度与管周土体抗 模型在考虑管土相互作用时，把场地土的运动分解为 力两部分组成。管周土体既是作用在管道上的荷载， 平行于管线轴线方向的轴向运动和垂直于管线方向 同时又是增强管道强度和刚度的一种介质。因此，在 的横向运动，横向运动又分为水平方向运动和垂直方 研究埋地管道的工作机理时，必须把管道周围一定范 向运动。三个方向运动产生的管轴方向的土摩擦力、 围内的土体作为结构的一部分加以考虑，即考虑管土 水平横向及垂直方向的土压力，分别由连接在管道单 相互作用问题。管土相互作用模型可分为以下三类： 元节点上的轴向土弹簧、水平土弹簧和竖向土弹簧 弹性地基梁模型、基于土弹簧的有限元模型和管土相 来考虑。轴向土弹簧参数由管沟内的回填土来决定， 互作用的非线性接触模型 l】]。 而水平 向土弹簧和竖直向土弹簧由管道埋设场地的 在考虑滑坡等地面大位移对地下管线的影响时， 问题关键在于怎