張　琳，黃　坤

（1西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，成都　610500；2中國(guó)石油西部管道烏魯木齊輸油氣分公司，新疆　烏魯木齊　830000）

關(guān)于回填土不均勻沉降引起管道力學(xué)性狀變化的探究

張琳1-2，黃坤1

（1西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，成都610500；2中國(guó)石油西部管道烏魯木齊輸油氣分公司，新疆烏魯木齊830000）

摘要：在土基中埋藏的管道力學(xué)的性質(zhì)容易受到包括回填土不均勻沉降在內(nèi)的多重因素的干擾，進(jìn)而引發(fā)管道泄漏事故，為了避免輸氣管道因此而出現(xiàn)破裂和滲漏等故障，在開始鋪設(shè)管道時(shí)應(yīng)該重視回填土的質(zhì)量，在可能出現(xiàn)不均勻沉降的地方加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督，出現(xiàn)問題及時(shí)處理。目前在分析管道力學(xué)性狀變化方面主要有三個(gè)模型：一是彈性地基梁模型，二是土彈簧模型，三是非線性接觸模型。

關(guān)鍵詞：回填土；不均勻沉降；管道力學(xué)

在土基中埋藏的管道有很多形式，例如供水管道和輸氣管道等，管道力學(xué)的性質(zhì)容易受到包括回填土不均勻沉降在內(nèi)的多重因素的干擾，進(jìn)而引發(fā)管道泄漏事故，有文獻(xiàn)研究報(bào)道我國(guó)煤氣管道泄漏事件發(fā)生率是發(fā)達(dá)國(guó)家的三倍多，不但會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的還可能危及人民生命安全，因此，探討關(guān)于回填土不均勻沉降引起管道力學(xué)性狀變化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)楸苊庖蚬艿懒W(xué)的變化引起滲漏和破裂等提供理論依據(jù)。

1　地埋管道的破壞形式

目前地埋管道主要的破壞形式可以分為以下幾種：一是環(huán)向彎矩引起縱向劈裂；二是縱向彎矩引起的橫向斷裂；三是管道接頭處發(fā)生泄漏；四是熔斷、長(zhǎng)期腐蝕引起孔洞或穿孔；五是直接沖擊引起損傷；六是引入連接點(diǎn)處發(fā)生泄漏。地埋管道受到破壞的方式主要與接頭形式、管道材料、管道埋設(shè)情況和地埋管道的幾何尺寸有關(guān)。

2　管道力學(xué)性狀變化分析模型

2.1彈性地基梁模型

彈性地基梁模型是一種靜力分析模型之一，首先假設(shè)地埋輸氣管道是帶有彈性地基的梁，在這種前提下建立模型后再研究回填土沉降程度對(duì)管道力學(xué)的參數(shù)的作用。彈性地基梁模型在實(shí)踐過程中主要應(yīng)用與支墩間管段長(zhǎng)度較長(zhǎng)并且管基相對(duì)良好的管道。

2.2土彈簧模型

土彈簧模型管道力學(xué)性狀變化分析模型來(lái)自于地下結(jié)構(gòu)土結(jié)相互作用分析簡(jiǎn)化模型，該模型在實(shí)際應(yīng)用過程中將土埋管道周圍假定為具有彈簧的功能，其剛度主要來(lái)自于周圍土體環(huán)境的性質(zhì)，簡(jiǎn)歷該模型的目的是能夠充分模擬出周圍的土壤環(huán)境和地埋管道的三維效果。

2.3非線性接觸模型

非線性接觸模型是考慮到了地埋管道與其周圍的土體相互接觸的問題，因?yàn)榈芈窆艿赖膭傂蕴攸c(diǎn)和其周圍土體的性質(zhì)能夠相互影響，使管道和土體之間的作用力演變?yōu)榉蔷€性的作用力，這樣會(huì)使計(jì)算的數(shù)量級(jí)和復(fù)雜程度大大增加，就目前情況來(lái)說(shuō)，非線性接觸模型通常運(yùn)用于數(shù)值計(jì)算當(dāng)中。

3　管道力學(xué)性狀變化分析模型公式

以地埋管道為彈性地基梁為例，采用彈性地基梁模型進(jìn)行運(yùn)算，地埋管道上的回填土默認(rèn)為均勻負(fù)載，取官道上的任一微元體dx，假設(shè)均勻負(fù)載為q，則地埋管道的受力情況如下圖1：

圖1　管道微元體受力分析示意

由此即可求解出管道的轉(zhuǎn)角、剪力、彎矩的方程，具體方法如下：

4　總結(jié)

在回填土不均勻沉降的作用條件下，地埋管道會(huì)產(chǎn)生彎矩和轉(zhuǎn)角，當(dāng)?shù)芈窆艿赖霓D(zhuǎn)角度數(shù)偏大，超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值后就會(huì)在交界位置出現(xiàn)破裂或者管道的滲漏故障，而在遠(yuǎn)離土體交界處的彎矩接近于零，這種情況和假設(shè)管道兩端為自由端的假定相符合，由此可以推斷出回填土不均勻沉降對(duì)管道的影響范圍是有限的，對(duì)管道交界處產(chǎn)生的不利影響僅在差異沉降交界處。

回填土質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，發(fā)生不均勻沉降后悔導(dǎo)致地埋管道出現(xiàn)相應(yīng)的管道應(yīng)力，因此，為了防止管道故障，需要在鋪設(shè)工程初始時(shí)就重視評(píng)估回填土地基的質(zhì)量，對(duì)于可能存在回填土不均勻沉降的位置加強(qiáng)控制，出現(xiàn)問題及時(shí)處理。

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