【摘 要】
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在城市燃气管道的运行过程中,微泄漏探测问题始终未能解决,严重影响了管道的维护与安全管理,为探索微泄漏高效探测的方法,构建了二维可视化实验系统,开展了埋地燃气管道微泄漏物理模型实验,获得了微泄漏对上覆土壤的冲蚀特征及声波响应规律。（1）构建了二维可视化燃气微泄漏冲蚀上覆土壤的实验系统,主要包括泄漏管道、数据采集仪、数码相机和补光灯等,可开展90cm×25cm×110cm尺寸的管道微泄漏冲蚀土壤实验;
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在城市燃气管道的运行过程中,微泄漏探测问题始终未能解决,严重影响了管道的维护与安全管理,为探索微泄漏高效探测的方法,构建了二维可视化实验系统,开展了埋地燃气管道微泄漏物理模型实验,获得了微泄漏对上覆土壤的冲蚀特征及声波响应规律。（1）构建了二维可视化燃气微泄漏冲蚀上覆土壤的实验系统,主要包括泄漏管道、数据采集仪、数码相机和补光灯等,可开展90cm×25cm×110cm尺寸的管道微泄漏冲蚀土壤实验;（2）开展了埋地燃气管道微泄漏物理模型实验,发现上覆土壤在冲蚀作用下会发生孔洞疏松、孔洞形成、冲蚀疏松、冲蚀扩展、循环冲蚀五个变化期;根据冲蚀范围内土壤的形态特征,可划分为Ⅰ孔洞区、Ⅱ主裂扩展区和Ⅲ微裂隙充分发育区三个典型区域;（3）采用图像处理技术,获得了冲蚀主裂隙、微裂隙、孔洞的演变特征,发现冲蚀孔洞近似呈现椭球形态,管道气体压力的增大会加速孔洞演化过程,而土壤含水率则会弱化此过程;裂隙的分布边缘与中轴线的夹角始终维持在24°～55°范围之内,与含水率、管道气体压力无关;采用分形分析方法,得出管道气体压力越大,土壤含水率越小,裂隙的分形维数越大的规律。（4）利用声波的时频特性可以对土壤受扰变形特征进行预测、反演,采用FFT与小波包分析等方法,发现地表声波主频主要分布在0～1kHz,并且随着土壤形态的5个变化期主要呈现“N”形变化规律,其中频带0～156.25Hz和频带156.25～312.5Hz可分别作为表征管道气体压力与土壤含水率影响的特征频带。（5）采用气体射流理论及分子扩散理论,研究了气体与土壤的相互作用机制。泄漏气体冲蚀上覆土壤时,土壤中的气-水结构由封闭空气系统经由双开系统转变为封闭水系统,导致泄露孔上方土壤含水率发生变化;泄漏气体的初始动量与土壤的临界破坏压力之间的关系决定了土壤形态特征,仅当气体的作用压力大于或等于土壤的临界破坏压力时,土壤形态才会发生变化。研究结果对燃气管道微泄漏的精确探测以及泄漏事故的预防工作具有重要指导意义。图[68]表[17]参[104]
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