波浪引起的海底管线周围海床动力响应分析

在目前的海床–管线相互作用问题研究中,管线与海床交界面一般假定为不可滑动,没有考虑海床–管线接触效应,同时也没有考虑土体和管线加速度效应对海床动力响应的惯性影响,同工程实际情况存在较大差异。为此,分别基于Biot动力固结理论和弹性动力学理论列出海床和海底管线的控制方程,进而根据摩擦接触理论考虑海床与管线之间的相互作用效应,建立海床–管线相互作用的有限元计算模型。根据计算发现,海床–管线接触效应对管线附近海床中的有效应力影响显著,不同的管沟形状对海床中由波浪所引起的超静孔隙水压力及有效应力影响显著。

隧道开挖引起管线沉降计算的刚度修正法

在城市地铁隧道掘进中,地层位移会对密布的城市地下管线形成较大的威胁。由于管土隧道相互作用问题的复杂性,除了数值分析方法以外,一般在工程实践中均忽略了结构刚度对其变形的影响作用,因此结构变形预测结果大大偏于保守。在理论分析的基础上,通过机理研究和实测数据的分析,提出了管线变形及其内力计算的高斯分布模型与结构刚度影响机理;给出了管线沉降槽宽度系数K和管线刚度之间的经验关系,建立了考虑隧道管土相互作用的管线沉降和内力的预测方法——刚度修正法。

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富，但由于海洋环境条件的复杂性，开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约；而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程，利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷栽和波流荷栽的计算公式，最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合，建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型，针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析，同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析，讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明：风荷栽对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大，波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大，而波浪荷栽则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。

地面超载引起邻近埋地管道的位移分析

地基土承受超载作用时就会产生沉降,在土体沉降作用下埋置于其中的管道,管壁就会产生变形甚至破裂。为分析地面超载对临近地下管线的影响,基于温克勒(Winkler)弹性地基短梁理论,应用Boussinesq解,考虑地面超载引起下卧层的沉降及地基土体的侧向移动对管道的影响,建立地面超载对埋地管道影响的分析计算模型,并采用有限差分法进行求解;通过算例分析了超载大小、位置,管道刚度、埋深、管径以及土体性质对埋地管道位移的影响;结果表明:超载大小、管道的刚度、埋深、管径对地下管道位移的影响较大,而当地基基床系数和超载离管道的距离增大到一定值时,地面超载对其影响将减弱。因此,需要考虑邻近超载对管道的影响,合理制定埋地管道的保护措施。

强度弱化条件下饱和砂土地基中桩-土相互作用p-y曲线研究

在地震荷载作用下,可液化土层中的桩基础往往会由于地基土体液化而发生破坏。在此过程中即使土体最终没有达到完全液化,但由于超孔隙水压力的存在,饱和砂土会发生强度弱化,也会导致土体对桩身水平抗力的降低。此时若不考虑超孔隙水压力对土抗力的影响,仍然采用API规范中的p-y曲线对桩基础进行设计,结果将偏于危险。针对这种情况,首先利用竖向-扭转双向耦合剪切仪对饱和砂土进行了循环扭剪动强度试验,研究了不同弱化状态下饱和砂土的动力特性和弱化参数;然后基于浅层处改进的土楔体理论模型推导极限土抗力公式,并结合深层处的绕桩流动破坏理论模型,得到了任意深度处不同孔压比下的极限土抗力,进而构造了不同弱化状态下饱和砂土地基中桩-土相互作用的p-y曲线。通过研究发现:表征土体强度弱化状态的孔压比对桩-土相互作用的极限土抗力的影响非常显著,孔压比越大,土体强度弱化程度越严重,饱和砂土的极限土抗力值就越小,即横向受荷桩对周围土体的作用随着土体强度弱化程度的增加而降低,反之则增大。

地震荷载作用下海底管线的动力反应分析

地震荷载作用下海床中的孔隙水压力与有效应力是影响海底管线稳定性的主要因素。然而在目前的海床动力响应分析中一般将管线假定为刚性,并不能合理地考虑海床与管线的相互作用效应,同时也没有考虑地震荷载作用下海床边界的等效处理。为此,基于Biot动力固结理论建立海床-管线相互作用的计算模型,以大型有限元软件ADINA为平台对ElCentro地震波作用下的海底管线的动力响应以及管线周围土体的孔隙水压力变化规律进行分析,讨论不同的管线半径、管线壁厚和土性参数对计算结果的影响。在数值计算过程中引入黏弹性人工边界,有效地模拟散射波由有限域到无限域的传播,较为实际地反映在地震波作用下海底管线的动力响应问题。

考虑含水合物沉积物损伤的多场耦合模型研究

天然气水合物是一种新型的清洁能源,具有广阔的应用前景。但在水合物开采过程中温压条件的改变会引起水合物的分解,导致含水合物沉积物胶结强度的丧失;同时,沉积物在加载过程中由于其内部微裂纹、缺陷逐渐扩展以及土颗粒间的水合物逐渐破碎也会引发含水合物沉积物的损伤,而以往对于水合物分解过程中多场耦合模型的研究忽略了沉积物结构损伤演化过程及其对耦合过程的影响。因此,基于连续损伤理论,在损伤统计本构模型中引入三参数的Weibull分布和残余强度修正系数,建立起考虑损伤阈值和残余强度影响的含水合物沉积物损伤统计本构模型;进而将本构模型嵌入到水合物分解过程的多场耦合模型中,建立了考虑含水合物沉积物损伤的温度-应力-渗流-化学(THMC)多场耦合数学模型;基于该模型讨论了含水合物沉积物结构损伤对水合物分解过程中沉积物储层的变形、压力、温度等因素的影响规律。通过计算分析发现:含水合物沉积物结构损伤对水合物分解的多场耦合过程具有显著影响,并且随着分解时间的增加,其影响逐渐增大。

埋地管道泄漏三维大地温度场仿真分析

考虑管道泄漏后渗流场与温度场耦合,建立了埋地管道泄漏前后的三维大地温度场的物理模型及数学模型,给出了合理的热力学及流体力学边界条件.采用FLUENT软件进行埋地管道泄漏前三维稳态温度场的数值模拟,在此基础上进行了埋地管道发生点泄漏的三维瞬态温度场的数值模拟.研究结果表明:埋地管道泄漏,大地温度场变化非常明显,泄漏点附近形成相当大的泄漏热影响区,该特征为光纤光栅温度传感技术及热红外技术检测埋地管道泄漏提供了理论依据.

不同滑坡形式下埋地管的纵向受力分析

滑坡变形带中的埋地排水管一旦开裂破坏,管道中的水将直接渗入坡体中,使坡体变形加速而破坏,因此,在进行滑坡变形带中埋地管的设计时必须考虑坡体变形对管道的影响。本文讨论牵引式滑坡和推移式滑坡两种不同形式下埋地管的纵向受力和变形特性,在一定的假设条件下,推导得出两种形式滑坡中管道的弯矩、剪力、位移以及最大应力。工程实例验证表明:由于推移式滑坡中的管道有被动土压力作支撑,在相同外力作用下,推移式滑坡中的管道应力明显高于牵引式滑坡中的管道;如果在滑坡变形带中采用PVC管,因其纵向伸长率较大,变形控制条件比较容易得到满足,需将强度指标作为设计考虑的主要因素,对最大应力超过管道许用应力的可采取更换强度较高的管材或增加管道壁厚的方法来达到强度要求。

地下管线非一致地震激励振动台试验的三维有限元建模

基于通用有限元软件ABAQUS,针对地下管线非一致地震激励振动台试验开展了三维有限元建模与分析。首先着重对模型箱的建模方法进行了探讨,采用Drucker-Prager模型考虑土体的非线性,并利用主从接触单元考虑土-结相互作用的非线性力学行为,然后将数值模拟结果与试验结果的自振频率、应变响应、加速度及位移响应进行对比。结果表明:所提出的分析模型和方法能够比较准确地模拟试验中土体和结构的反应及其相互作用,为地下管线的地震响应理论分析奠定了基础。

框架涵下穿管道支护施工技术研究

随着城市工业化的加速和基础设施建设的日益复杂化,如何高效、安全地进行基础设施建设成为了工程领域的核心挑战。笔者以太忻经济区大孟产业新城防洪工程施工六标项目为例,深入研究框架涵下穿技术在复杂地下环境和多种交叉管线情况下的应用。通过大量的现场实验和观测,验证了框架涵下穿技术的实用性和可靠性,并总结了施工过程中的关键技术和管理经验。研究结果表明,框架涵下穿技术为现代城市基础设施建设提供了一个有效、安全和经济的解决方案,为同类工程和未来的研究提供了重要的参考和启示。

热力管道裂缝泄漏大地温度场仿真分析

通过对埋地热力管道周围大地温度场的分析,建立了埋地热力管道泄漏前后的大地温度场的物理和数学模型,给出了合理的热力学及流体力学边界条件,采用FLUENT软件进行埋地热力管道泄漏前稳态温度场的数值模拟.在此基础上分析了埋地热力管道发生裂缝泄漏的二维瞬态温度场的数值模拟,为光纤光栅温度传感器及热红外技术检测热力管道泄漏提供了理论依据.

海底管线周围海床瞬时液化的数值分析

地震荷载作用下,海床液化是海底管线失稳的主要原因之一。本文采用Mohr-Coulomb模型和Drucker-Prager模型,基于饱和多孔介质的Biot动力固结方程,进行了有效应力分析;利用大型有限元计算软件ADINA,计算得到了海底管线周围海床土体中的超孔隙水压力及其变化规律,并在此基础上进行了瞬时液化分析。在数值计算的过程中,引入粘弹性人工边界的方法模拟地震波由有限域到无限域的传播,从而更为实际地反映了在地震作用下,海底管线周围土体的动力响应问题。

波流共同作用下海底管线周围海床的动力响应分析

针对埋设有海底管线的多孔介质海床,基于Biot动力固结理论,采用Pastor-Zienkiewicz III的动力弹塑性本构模型,建立了一个多孔介质的弹塑性海床模型,分析了波浪-海流共同作用下海底管线周围海床的动力响应规律,计算了波浪-海流共同作用下海床中超孔隙水压力的分布和表面波压力的分布规律,以及不同的海流速度对海床中超孔隙水压力分布的影响。结果表明:海流的存在对海床表面的波压力的波长和周期都有显著影响;海底管线等结构物的存在,减缓了管线以下海床中超孔隙水压力的累积。

非金属管道输油过程中抗静电问题研究

非金属管道中冲流电流所造成的静电荷积聚会产生静电放电,对管道的腐蚀和安全产生影响;利用斯特恩模型介绍了界面层的电学现象、扩散层公式和空间电荷密度公式;介绍了非金属管道输油过程中非金属输油管道、输送油品和消静电器三个方面的抗静电控制措施。

综合管廊重型装配式管线支架设计要点

近年,国内综合管廊市场处于大发展时期,已开工建设城市综合管廊4000km以上。综合管廊内使用数量最多的管线支架担负着管线安全、稳定运营的作用。一方面,综合管廊内管线支架数量可观,关系着管线入廊的建设成本;另一方面,支架稳固对管线安全起着至关重要的作用。因此,重视重型装配式管线支架的设计要点具有重要意义。

活动管道支架的加固设计

介绍了管道支架的种类,重点介绍活动管道支架的受力特点及破坏形式;通过一工程实例介绍了改进后辊轴的优越性,并且得出活动管道支架加固的关键在于辊轴的结论.

管网系统抗震优化设计的正交枚举法

在管网系统总投资限额条件下，以系统抗震可靠度最大为优化目标，进行管网系统的抗震优化设计。根据管网系统的功能要求，设计特点及单元重要性的分析，将系统优化变量转化为较少的离散变量，并利用正交枚举法进行简化计算，从而避免了大规模非线性规划求解的困难。

埋地管道的横向静力分析耦合模型及其解耦条件

现有埋地管道横向静力分析中的刚性管假设可以实现横向分析与纵向分析的解耦,但往往与实际情况不符。为此,本文根据埋地管道的受力特点,建立了考虑纵向内力影响的横向静力分析耦合模型。基于此耦合模型,结合挠曲线方程与纵向内力的关系,推导出横向分析和纵向分析的解耦条件,为建立解耦模型提供了理论基础。与此同时,一方面为便于实用,另一方面为检验解耦模型的误差,文中针对圆环形管道导出了其横截面剪应力分布规律,给出了埋地管道横向静力分析的实用耦合模型,并结合弹性中心法,建议和提出了耦合模型的实现算法。最后,采用耦合模型对两端固定的埋地给水管道进行了横向内力分析及解耦模型的误差探讨。结果表明,管道两端处纵向剪力对横向内力影响显著,解耦模型误差很大;但随着与管端距离的增加纵向剪力的影响急剧减小,近跨中区域解耦误差几乎可忽略不计。

基于时间序列均方根的统计过程控制方法在管道结构安全诊断中的应用

目前,国内外各研究学者对管道结构安全诊断方法已经进行了大量的研究。但是,为了对管道结构的安全状态进行快速评估,仍有必要对管道结构安全诊断方法进行更深一步的探究和试验验证。本文提出把加速度的均方根用于安全警报,开发了一种以时间序列均方根为数据源的统计过程控制方法。需要指出的是,本文所提出的方法仅需要利用管道结构的加速度响应时间序列就可以对目标结构的安全状态进行评估。