复杂荷载作用下埋地聚乙烯压力管道的变形特征试验研究

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1、国内图书分类号：P694密级：公开国际图书分类号：520西南交通大学研究生学位论文复杂荷载作用下埋地聚乙烯压力管道的变形特征试验研究年级二〇一五级姓名杨成武申请学位级别工学硕士专业市政工程指导老师郑爽英副教授二〇一八年五月ClassifiedIndex:P694U.D.C:520SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisEXPERIMENTALSTUDYONDEFORMATIONCHARACTERISTICSOFBURIEDPOLYETHYLENE

2、PRESSUREPIPEUNDERCOMPLICATEDLOADGrade:2015Candidate:YangChengwuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MunicipalEngineeringSupervisor:AssociateProfessor.ZhengShuangyingMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要在市政埋地管道应用方面，PE管以其重量轻、耐腐蚀、管壁光滑、过流能力大以及适应

3、场地沉降的大变形能力等优点，在国内外已经广泛使用。某些应用领域（比如城市排水）替代传统管材已是作为一种趋势。随着PE管在市政埋地管材中的广泛使用和使用范围的不断扩大，PE管在使用过程中需要应对的力学工况也愈加复杂，特别是聚乙烯类埋地塑料柔性管道。然而，目前针对PE管在复杂荷载作用下的研究才刚起步，且研究主要针对聚乙烯材料本身，没有考虑埋地情况与管土相互作用；针对典型复杂荷载作用下埋地管线反应的国内外研究多为钢管，不适用于PE管，研究时也没有考虑管线的工作压力对管道变形的影响。为了提出其复杂工况作

4、用下相应的安全评价方法和提高埋地PE管的安全性，亟需开展复杂载荷条件下埋地PE管的强度研究。本文同时考虑埋地情况、管土相互作用和管内工作压力对埋地聚乙烯管变形的影响，建立了多种荷载条件下埋地聚乙烯管反应的试验模型和场地沉陷作用下埋地聚乙烯管反应的试验模型。通过向管内注入压缩空气和改变管顶以上的填覆土厚度，研究了覆土荷载条件下埋地聚乙烯压力管道的变形特征，分析了不同影响因素(工作压力、覆土厚度、管周土体强度)对埋地聚乙烯管变形的影响；通过在模型底部中央设置长1.2m、宽1.0m可向下移动的沉降板，

5、并改变沉降板竖直向下的位移，模拟了场地沉陷对埋地聚乙烯管变形的影响，研究了埋地聚乙烯管在不同工作压力作用下随沉陷区土体沉陷量变化时，其沿管轴方向管线的竖向位移大小、应变分布规律、危险点位置以及危险点处应变大小影响的敏感因素等内容。试验表明：（1）覆土荷载和工作压力共同作用下，埋地聚乙烯管的最大应变点位于管顶，管道左右两侧的应变次之，管底的应变最小，均为环向拉应变。（2）柔性管道与刚性管道工作机理不同，管周的土体既是作用荷载，也是增强管道强度和刚度的一种介质，管周一定范围内的填覆土强度是影响埋地聚

6、乙烯管变形的敏感因素。（3）覆土荷载和工作压力共同作用下，当覆土厚度在50cm至100cm范围变化时，埋地聚乙烯管最大应变值随覆土厚度改变没有明显变化。（4）覆土荷载和工作压力共同作用下，埋地聚乙烯管最大应变值随工作压力的增加而增加，工作压力和最大应变值两者间具有明显的线性关系。西南交通大学硕士研究生学位论文第II页（5）无压状态下，聚乙烯管埋设地发生沉陷时，当沉陷量在0-200mm范围内变化时，管危险点位于沉陷区管中截面管底，为纵向拉应变；当沉陷量在250-500mm范围内变化时，管危险点位于

7、沉陷区管中截面管顶，为纵向压应变。（6）有工作压力时，当聚乙烯管埋设地发生沉陷，管危险点位于沉陷区管中截面管顶，为环向拉应变，且埋地聚乙烯管危险点处应变值随工作压力的增大而增大。但当沉陷量较大时，工作压力是影响其变形的次要影响因素，埋地聚乙烯管是否发生破坏主要由使管线发生纵向弯曲产生的纵向压应力控制，此时管危险点仍然位于沉陷区管中截面管顶，为纵向压应变。（7）埋地聚乙烯管最大应变值随着沉陷量的增大而增大。（8）聚乙烯管埋设地发生沉陷时，比较有工作压力作用下和无工作压力作用下的埋地聚乙烯管反应情况

8、，有工作压力作用时，聚乙烯管危险点处的应变值发生了骤增。（9）场地沉陷过程中形成的土拱减小了埋地聚乙烯管受到的上覆土体荷载，对埋地聚乙烯管的安全运行起到了保护作用。（10）埋设聚乙烯管场地发生沉陷时，管线最大竖向位移处截面的管顶位移随沉陷量的增大而增大，但位移值远小于土体沉陷量。这是由于邻近的非沉陷区砂土失去了横向约束力作用，而砂土具有较强的流动特性，会向沉陷区移动，减缓了埋地聚乙烯管向下沉降的趋势，对场地沉陷作用下的埋地聚乙烯管起到了保护作用。关键词：埋地聚乙烯管；管土相互作用；场地沉陷；沉陷