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破坏模式 三种可能的破坏模式: 拉裂破坏、局部屈曲、梁式屈曲。 埋地钢管在穿越正断层或以 ? ? 90? 的交角穿越走滑断层时,主要承受拉力,破坏模式为管壁拉伸变薄造成管道破裂 。通常极限拉应变取 4%,大于该值即认为管道已发生拉裂破坏。 地下管道穿越逆断层或以 ? 90? 的交角穿越走滑断层时,主要承受压力, 其可能的破坏模式包括局部屈曲和梁式屈曲。 局部屈曲指管道受压时管壁局部失稳,局部管壁发生褶皱,多见于管径大、管壁薄的陆地管道 。 梁式屈曲是结构整体的不稳定状态,管道在压力作用下发生大幅度横向位移,埋地管道可能反弯拱出地面,多见于埋地很浅的管道和裸埋的海底管道。 二、管道跨越断层的设计准则 三、管道跨越断层的设计分析 管道屈服后的应力——应变特性: 管道的轴心拉应力公式: 受影响的直管段长度Ls的计算公式 管道截面轴向的组合应变与表5-7管道的设计允许应变进行校核,如小于表明在该断层穿越处的管道设计是可行的,如大于则应采取抗震措施 。 二、饱和土地基液化的判别与防治 对管道工程,在6度区一般不考虑液化,在7~9度区可根据不同情况处理。 1、初步判别不液化或不考虑液化: 2、对于初步判别认为需进一步进行液化判别的场地土,应采用标准贯入试验判别法: 穿越断层管道的抗震措施 1、正确选择管道穿越活动断层的位置。应根据历史记载,尽可能查找断层位移和断裂带宽度最小的地方埋设管道。 2、调整管道与断层的交叉角度。原则是尽量使管道整体受拉,避免管道压屈破坏。对于走滑断层,交角成锐角,并适当增大交角(接近900),对于逆断层,交角合理范围为300---700。 3、降低管---土的相互作用力。作用于管子上的纵向摩擦力越小,管道越容易免遭破坏。(1)管道尽量浅埋;(2)回填松散材料(沙土等)或在管道周围采用可压缩的填料,以吸收断层位移;(3)管道采用光滑的外包层(环氧树脂套层等);(4)采用套管技术(建涵洞);(5)优化管沟断面参数,使用底部宽大、缓坡度的管沟。其中(1)(2)(5)在西气东输二线工程的设计中得到应用。 4、使用抗震性能好(强度高、延性高)的管材。采用大变形钢管增加管道的延性,不仅可以改善计算应变的结果,还可以提高管道许用应变值。西气东输二线输气管道已在通过断裂带时使用X80HD2(大变形管)替代X80HD1(普通钢管)。 5、适当增加管道壁厚。增加壁厚的抗震效果与采用大变形钢管类似,缺点是造价较高,如果部分区段管壁壁厚增加很多,与两侧管道的衔接可能需要过渡短管,增加施工难度,不利于管道清管。 6、采用管道减震装置。将管道架设到轨道或滑轮上,保证轴向和横向上的自由滑移,增强管道在断层作用下的变形能力。2002年11月,丹纳利断层突然错位产生了里氏7.9级大地震,已采用这种技术的美国阿拉斯加输油管道在断层处安然无恙。 7、在断层的滑动长度内不应采用不同直径和壁厚的管道,不应设三通、旁通、阀门、固定墩等。 穿越断层管道的抗震措施 第四节 砂土的地震液化 一、砂土液化的概念 液化是使任何物质转化为液体状态的行为过程。就无粘性土而言,这种由固体状态变为液体状态的转化是孔隙水压力增大和有效应力减小的结果。 液化使土壤强度减少甚至完全丧失,管道由于支承丧失甚至还可能受到液化土的浮力作用,引起管道大变形而破坏。 影响砂土液化的主要因素 砂土的粒度组成 均匀的级配易于产生液化,就细砂和粗砂而言,细砂的渗透性比粗砂低,细砂比粗砂更易液化。 砂土的密度 疏松的砂,孔隙大,易于液化,密实的砂则抗液化。 砂层的有效覆盖压力 覆盖土层越厚,就相当密闭容器的耐压强度越高,从而减轻了砂土液化对工程结构的影响。 地震的烈度和持续的时间 砂土能否液化,要看地震所引起的土体内最大剪应力的情况和持续作用的时间来决定。 砂土越细,越疏松,覆盖土层越薄,地震烈度越高,砂土越易液化。 3、存在液化土层的地基,应进一步探明各液化土层的的深度和厚度,并计算液化指数。 根据液化指数I1E,将液化的地基土分为轻微、中等和严重三级。 液化区管道的抗震措施 合理选择管线走向,在允许的条件下,尽量避开液化区。 按下列原则,采取措施: 应选择延性好的管材,可适当增大管道壁厚; 对处于液化区的不均匀沉陷地段,宜采用地上敷设并覆土保护; 对于重要区段的严重液化土区域,可采用抗浮桩与管道相连接及其他地基加固措施 ,或采用非液化土换填和夯实; 在液化区段内,不宜设三通、旁通、阀门等设施;穿墙管道周边应预留不小于25mm的间隙,以充填柔性防水材料。 第五节 地震波动作用下管道的应力与应变 分析前提: 土壤线弹性、均质 除周围土壤外,管道没有任何支撑 地震波作用时,管道相对土壤没有滑动 一、地震波动下地基土体的变形 工程上把地震波视为平面简谐波,
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