冻胀对含缺陷管道应力的影响研究

为保障冻土区埋地管线在寒季的安全运营,针对中俄漠加段含腐蚀缺陷埋地管线寒季的冻胀灾害工况,采用ABAQUS建立冻土区三维热固耦合有限元模型,研究了冻胀区长度、缺陷深度、缺陷宽度及缺陷位置等对埋地管道内外壁双层面轴向应力的影响。研究结果表明:当土壤发生冻胀时,管道内、外壁面沿轴向会出现3个高风险失效区,外壁面风险失效区位于距冻胀区0~10 m的非冻胀区和缺陷区域,内壁面风险失效区位于距冻胀区0~5 m的非冻胀区和缺陷区域,内外壁沿轴向Von Mises应力对寒季地表温度敏感性极高,最高可达43%,因此寒季应根据冻胀区长度对高风险失效区管道进行适当补强;当且仅当缺陷位于冻胀区域中轴线时,冻胀将加大腐蚀缺陷处管道失效的可能性;缺陷域内管道内外壁最大Von Mises应力对缺陷深度最敏感,最高可达58%,对冻胀土壤长度、缺陷宽度和寒季温度较敏感,绝对值均达10%以上;各种因素与寒季气温变化多呈非线性关系且二者互相促进加速管道失效。研究结果可为寒季冻土区输油管道的完整性评价及维护检测等提供依据,具有一定的理论指导意义和工程实用价值。