基于有限元的滑坡区域中管道稳定性研究

来源 :辽宁石油化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a84242936
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石油天然气是保障国民经济顺利开展的战略性资源,是推动社会发展的重要力量。随着我国石油天然气工业的发展,国内油气管网进一步完善,油气进口管道批量建设,管道运输发挥了不可替代的作用。高速发展的管道事业,在安全运营方面也面临着严峻挑战,尤其是滑坡、泥石流、崩塌等管道地质灾害带来的威胁不容小视。而近年来,由滑坡灾害导致的管道失稳是埋地油气管道面临的最严重的威胁之一。对滑坡区域中油气管道的稳定性研究具有重要的工程意义。本文基于有限元方法,应用屈曲特征值理论,定量研究了各项参数与管道稳定性的关系。针对横穿滑坡区域埋地管道,分别以管道外径、外径壁厚比、滑坡宽度、滑坡土壤内摩擦角、滑坡土壤粘聚力为研究变量,定量分析了滑坡灾害中管道位移、应力和屈曲特征值。结果表明:增大管道外径可以有效抑制滑坡灾害中管道位移,同时随着管道外径的增加,管道最大位移呈现二次曲线降低,并且外径壁厚比越小管道位移增量越小;滑坡灾害中管道的最大应力发生在滑坡中心和两端位置。以外径0.965 m管道为例,通过屈曲特征值分析得出结论:随着管道外径壁厚比的增大,屈曲特征值呈二次曲线减小;随着管道外径的增加,屈曲特征值呈线性增大;随着土壤内摩擦角的增加,屈曲特征值呈近似线性减小;随着土壤粘聚力的增加,屈曲特征值呈波浪形减小。管道屈曲位置发生在滑坡段中间及两端位置,管道所能承受的极限滑坡宽度约为70 m。针对纵穿滑坡区域埋地管道,分别以管道外径、管道壁厚、滑坡段管道倾斜角度、滑坡段管道长度、土壤内摩擦角、土壤粘聚力为研究变量,研究了工程管道应力随参数的变化规律,分析了工程管道结构稳定性。结果表明:管道最大应力出现在弯管处。外径为0.508 m、0.610 m、0.711 m、0.762 m、0.813 m的管道应力呈现出减小趋势,随着管道外径的增大,弯管处最大应力呈现二次曲线下降规律,说明在一定范围内增大管径增加了管道的刚度,可以有效减缓滑坡灾害带来的冲击。并且,不同管径上下两个弯管处的最大应力差值比例分别为:59.6%、56.6%、53.6%、51.9%、49.8%,说明滑坡顶端弯管处的拉应力是造成灾害发生的关键环节。壁厚为0.0079m的管道,在滑坡顶端侧位置应力值大于壁厚为0.01m、0.0159m、0.0175m、0.019m的管道,随着壁厚的增加,弯管处应力分别减小了67.4%、85.4%、27.65%、8.6%,说明增大壁厚可以提高弯管稳定性。
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