针对冻土区埋地含双腐蚀管道的抗震性能问题，以含双腐蚀管道、保温层及季节性冻土区土壤为研究对象，提出将粘弹性边界条件施加在土体周围以保证模型的准确合理，分析了在差异性冻胀和地震波作用下，含不同腐蚀参数管道的力学特性。结果表明：随着腐蚀长度与腐蚀深度的增加，R1点处轴向应变峰值发生改变，腐蚀长度的变化使R1点峰值最大改变为从-0.005 4增大到-0.001 75，增加了0.003 65，腐蚀深度的变化使R1点峰值最大改变为从0.002 14减小到-0.005 4，减小了0.007 54；与腐蚀长度相比，腐蚀深度对腐蚀区中心位置的von Mises等效应力与轴向应变的影响较大；在地震波作用过程中，双腐蚀之间依然存在相互作用，腐蚀间距的增加会减轻腐蚀之间的相互作用，R1点处von Mises等效应力先于R2,R3点超过参考应力形成破坏；不同地震波作用在腐蚀缺陷处所引起的破环形式不同；将von Mises等效应力超过参考应力作为管道安全评价标准是偏于安全的。该研究...

基于AnsysWorkbench有限元分析软件，利用稳态热和静力学模块对冻土区埋地管道及其周围土壤温度场进行分析。分析发现：管道应力主要集中在弯头处，且埋地处的弯头应力较大；位移量则是在管道出土后的最前端出现最大值；土壤的温度场受低温管道的影响，在管道的四周形成了一个低温区，且温度以逐渐递增的形式向四周扩散。

为研究冲击荷载作用下冻土区埋地管道动力响应,设计了土箱-管道缩尺试验模型,开展了冲击荷载作用下冻土区埋地管道动力响应的缩尺试验,研究了冻土区埋地管道在不同条件下受到冲击荷载作用时,管道的应变分布情况。结果表明:冻土区埋地管道在冲击荷载作用下,采用相同形状的落体时,管道应变的峰值随着初始高度的增高而增大;初始冲击高度一定时,正方体状落体较球体状落体使管道产生的应变更大,且管道上、下表面的应变呈反对称。实验方法和结论对冻土区埋地管道抗冲击的研究有参考意义。

管道是油气资源的最为常用的运输方式。当管道穿越寒区时,将面临管沟融陷、冻胀融沉以及边坡蠕滑三种管道病害,因此管土的相互作用成为寒区管道设计和运营的重要考虑因素。本文研究了埋地管道的发展概况,分析了寒区埋地管道的设计、施工和运行技术发展。分别对管沟融陷、冻胀融沉以及边坡蠕滑三种病害的机理进行相应的分析,并给出三种病害的防治措施。最后,归纳总结了埋地管道与冻土相互作用仍有许多重要的岩土工程问题需要进一步研究,其对于改善寒区的管土相互作用有着重要意义和同时也有着巨大的研究空间。

为研究冻土区横向滑坡对管道应变的影响,采用ABAQUS有限元软件建立冻土区管道横向通过滑坡的模型,研究了山体高度、滑坡位移和滑坡宽度对管道应变的影响规律,得到如下结论:冻土区山体滑坡时,横穿管道所受的轴向应变主要为拉应变,最大应变在滑坡与非滑坡交界面,是危险截面;管道应变随山体高度、滑坡位移和滑坡宽度的增加而增大;冻土区管道敷设不宜超过高55 m的山体,因为该高度山体滑坡后,埋地管道可能快速发生塑性变形,山体高度对管道应变影响最大为44. 0%;低矮山体滑坡位移对管道应变影响更明显,应变增量可高达1倍;滑坡宽度对管道应变的影响最大为27. 0%,但滑坡宽度为20 m时,管道应变突增,建议每隔20m左右设置抗滑桩,山体越高,防护措施布置应更紧密。研究结果可为冻土区埋地管道的施工建设提供理论依据。

基于加格达奇地区实测气温以及典型点月平均出站油温监测资料,利用二维有限元模型对典型冻土工程地质地段运行50 a有无保温材料埋地热油管道周围土体的冻融过程以及融化圈发展过程进行数值计算。研究表明:管道中心剖面,春季管道附近存在双向融化,冬季地表向下单向冻结,管底土体始终处于融化状态;原天然地层土体春季单向融化,冬季双向冻结;管道周围土体融化圈和融化深度随着时间的推移逐渐变大,管道运行50 a后,无保温材料管道管底融深高达6.9 m;土壤融化速率在第1年达到最大,随后迅速减小,10 a后基本不变;保温材料对管道周围土体冻融过程、冻融圈、冻融深度的发展有明显的抑制作用,尤其在管道运营初期抬升了下部土体温度。

埋设于多年冻土区的输气管道的导热系数作为影响管道安全及周围多年冻土稳定性的因素之一,对于埋地管道及其周围多年冻土之间的热量交换过程有着重要影响。基于以上因素考虑,现场取回所需管道试样,结合室内热工实验,采用基于傅里叶导热定律的稳态测量方法并设计一种用来测量管道试样导热系数的新型导热性能实验测量装置。实验测定试样的导热系数为0.812W/m K,与理论计算的经验公式相对误差为2.1%,实验结果准确可靠,具有很好的稳定性和重复性。

基于冻土工程的特殊性,结合国内外已建冻土管道运行过程的各类风险,系统阐述了冻土管道所必须面临的5大冻害。并依据冻土管道工程的设计原则和经验,详细论证了各类冻害的防护措施。所得成果将为我国后续冻土管道工程的设计、施工及冻害防止奠定基础。

主要介绍了涩宁兰复线橡皮山和拉脊山地段多年冻土对管道的危害及其治理方案。对冻土的形成机理和破坏机理进行了分析,得到了不同类型土壤的冻胀量与冻结深度关系。基于有限元分析软件对管道遭受冻融作用进行力学分析,确定冻土对管道安全的危害程度。通过对现场实地调研和分析研究,提出了针对该地区的多年冻土危害的防治方案,即采用袋装砂置换冻土的稳管方案,该方案不仅解决了冬季冻涨问题,而且解决了夏季融沉对管道的影响,同时节约了施工成本。

位于冻土区斜坡带的埋地管道,当冻土发生融沉现象时,因土体沿斜坡向坡底滑动形成冻融滑坡,其应力分布受到很大影响,可能会导致管道应力集中甚至塑性变形的现象。针对位于角度不同的冻土区斜坡带的埋地管道,当管道受到冻土融沉和冻融滑坡影响时,对管道的应力变化情况进行了数值模拟,分析了斜坡带埋地管道的应力分布,研究了斜坡角度和融沉长度对管道应力的影响。研究发现,受到融沉滑坡影响,管道不同位置呈现不同的应力形式,且斜坡角度影响不同位置管道所产生的应力。研究结果可为埋地管道的安全运行与施工建设提供理论依据。