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海底管线水平向屈曲过程中管土相互作用研究

作　者: 王洪播
导　师: 刘润
学　校: 天津大学
专　业: 岩土工程
关键词: 海底管线水平向屈曲管土相互作用模型试验有限元分析
分类号: P756.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在高温高压状态下运行的海底管线会面临屈曲剧变问题,而地基土体对管线的约束作用是制约管线屈曲的重要原因。研究表明地基土对管线作用力的大小决定着管线发生屈曲变形的形态。因此,地基土体对管线的抗力成为管线屈曲剧变问题研究的重要内容。本文通过模型试验、理论分析和有限元模拟对管线发生水平向和轴向变形时土体抗力的发挥过程及土抗力峰值进行了系统研究。结合渤海湾土质特点,分别选取细砂和粘土进行了室内管土相互作用模型试验,研究不同直径、不同埋深情况下管线水平向运动以及轴向运动时土体抗力的发挥过程。通过对试验结果的分析,得到了管线在运动过程中土体抗力随位移变化的规律,以及管径、埋深等因素对管线受到的土体抗力峰值的影响并分析了土体的破坏模式。以试验数据为基础,对管线发生水平向和轴向位移时受到的土体抗力进行了理论研究,推导并提出了适于计算渤海湾砂土和粘土地基对埋设管线抗力峰值的经验公式。在理论分析的基础上,进一步应用有限元软件对模型试验进行了模拟分析,将得到的分析结果与试验结果进行了比较,进而模拟了渤海中常用的12英寸管线水平向和轴向运动时土体抗力的发挥过程,与理论计算结果进行了比较,建立了适用于描述砂土和粘土变形与受力特性的弹簧模型。通过以上研究,为温度应力作用下海底管线发生水平向屈曲剧变研究提供了数据基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 问题的提出  7-8
  1.2 研究现状分析  8-12
    1.2.1 海底管线水平向屈曲的研究  8-10
    1.2.2 土体抗力的研究  10-12
  1.3 本文的主要研究工作  12-14
第二章室内模型试验  14-23
  2.1 模型试验设计  14-17
    2.1.1 试验用管线  14
    2.1.2 模型试验槽、动力及加载控制装置  14-16
    2.1.3 数据采集系统  16-17
  2.2 模型试验用土  17-20
    2.2.1 砂土物理力学性质  17-18
    2.2.2 粘土物理力学性质  18-20
  2.3 模型试验步骤  20-23
    2.3.1 砂土试验步骤  20-21
    2.3.2 粘土试验步骤  21-23
第三章土体水平向及轴向抗力试验数据的整理分析  23-50
  3.1 砂土模型试验结果  23-32
    3.1.1 土体水平向抗力的发挥过程  23-27
    3.1.2 土体水平向破坏模式分析  27-28
    3.1.3 土体轴向抗力的发挥过程  28-31
    3.1.4 土体轴向破坏模式分析  31-32
  3.2 粘土模型试验结果  32-40
    3.2.1 土体水平向抗力的发挥过程  32-35
    3.2.2 土体水平向破坏模式分析  35-36
    3.2.3 土体轴向抗力的发挥过程  36-39
    3.2.4 土体轴向破坏模式分析  39-40
  3.3 轴向及水平向最大土体抗力的计算  40-47
    3.3.1 轴向抗力峰值计算  40-44
    3.3.2 水平向抗力峰值计算  44-47
  3.4 建立水平向与轴向土弹簧模型  47-50
    3.4.1 土弹簧的非线性  47-48
    3.4.2 弹簧常数的确定  48-50
第四章土体抗力发挥过程的有限元分析  50-68
  4.1 有限元分析的基本方法  50-56
    4.1.1 管线模型及参数  50
    4.1.2 土体模型及参数  50-55
    4.1.3 管土间接触的建立  55
    4.1.4 模型的建立  55-56
  4.2 有限元结果分析  56-64
    4.2.1 埋置于砂土中的管线  56-60
    4.2.2 埋置于粘土中的管线  60-64
  4.3 土弹簧模型的修正  64-68
第五章结论与展望  68-70
  5.1 结论  68-69
  5.2 对管土相互作用研究的展望  69-70
参考文献  70-73
发表论文和参加科研情况说明  73-74
致谢  74

海底管线水平向屈曲过程中管土相互作用研究

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