土壤液化区埋地管线的应变分析

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1、中图分类号：TE88单位代码：11414学号：2013214120题目土壤液化区埋地管线的应变分析学科专业安全科学与工程研究方向油气生产装备失效分析与完整性管理硕士生徐寅平指导教师张宏教授入学时间：2013年9月论文完成时间：2016年5月硕士学位论文独创性声明郑重声明：本硕士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识

2、到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签名：日期：2016.06导师签名：日期：2016.06硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文属于保密范围，保密期限0年，解密后适用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书

3、面同意，且须以中国石油大学（北京）为第一署名单位。作者签名：日期：2016.06导师签名：日期：2016.06-I-摘要摘要土壤液化作为管道工程中的地震地质灾害之一，对管道安全构成严重威胁。论文分别建立了土壤液化区埋地管道上浮和土壤侧向扩展下管道变形的力学分析模型，深入研究管道的力学行为，推导管道变形与应变的解析计算方法，总结土壤液化地质灾害管道防治措施，为穿越地震液化区域管道的设计、施工和维护提供理论依据和技术参考。建立液化区管道上浮的有限元模型，分析管道位移和应变分布情况以及液化区长度对管道变形和应变的影响规律。考虑管－土相互作用和管道轴力等因素，根据弹性地基梁理论和挠曲线

4、微分方程推导管道弯曲变形曲线方程和变形协调方程，建立管道应变的解析计算方法，为液化区埋地管道上浮的力学分析提供了新方法。实例分析了不同管道参数和液化区长度条件下管道的变形与应变，并通过有限元方法对比验证了计算结果的可靠性。基于经验法预测土壤侧向扩展下最大地表变形，并采用余弦函数模拟地表侧向位移，以其作为位移载荷边界，考虑管－土间的相互作用，建立土壤侧向扩展下埋地管道的有限元模型，分析表明：在土壤最大扩展位移临界值内，管道发生的弯曲变形与地表变形基本一致，超出后可考虑为土壤最大扩展位移临界值下的位移曲线；管－土间的轴向摩擦作用使管道产生轴力，推导管道物理伸长的基本方程，基于变形协

5、调方程迭代求解管道应变。解析方法考虑了管材非线性、内压和温度等因素，实例分析了管径、壁厚、液化区宽度及土壤最大位移等对管道应变的影响。分析上述土壤液化条件下埋地管道的位移和最大应变，列举管道穿越地震土壤液化地质条件的几种破坏防治措施，基于应变设计方法开发便于工程应用的计算分析软件，提高计算分析效率。关键词：埋地管道；土壤液化；应变；有限元；解析计算方法-II-ABSTRACTStrainAnalysisofBuriedPipelineinSoilLiquefactionAreaABSTRACTThesoilliquefactionisoneofseismicgeological

6、disastersinpipelineengineering,whichhaspotentialthreatstopipeline.Inthisdissertation,mechanicalmodelsarebuilttoinvestigatemechanicalbehaviorofburiedpipelinessubjectedtoliquefactionbuoyancyandliquefaction-inducedtransverselargegrounddisplacement.Analyticalmethodologiesarederivedtoevaluatepipe

7、linedeformationandstrain,andsomemeasuresforpavingburiedpipelineinliquefiedareproposedaswell.Thepurposeofthisresearchistoprovideeffectivemethodsandreferencesfordesign,constructionandmaintenanceofburiedpipelinessubjectedtoseismicsoilliquefaction.Afin