新疆煤制气管线沿线黄土湿陷性评价及边坡敷设管道稳定性模拟

发布时间：2020-06-20 10:01

【摘要】：新疆煤制气管线工程途径新疆、宁夏、甘肃,而该区域是我国黄土集中分布的重要地区,尤其是工程沿线穿越了大片湿陷性黄土区。湿陷性黄土由于其结构的特殊性,会对管道工程建设以及运营产生严重的危害,尤其是在斜坡敷设管道的背景下,往往会造成管道裸露、悬空,致使管道破裂,造成巨大的经济损失。因此,研究管线沿线黄土的湿陷性分布,综合分析在斜坡敷设管线的中可能遇到的种种问题,具有重要的现实意义。本论文以新疆煤制气管线为工程背景,前期进行了野外调查和取样、室内测试等工作,研究了管线在宁夏固原、中卫、甘肃平凉段湿陷性黄土的分布特征,系统地分析了研究区内黄土的成因及影响黄土湿陷性的因素;同时在力学分析与计算的基础上,通过建立物理相似模型,分析管道在边坡按不同角度敷设,水流冲刷对油气管道的影响作用;结合数值模拟计算分析,分析管道在不同坡角悬空后的受力分析,最后提出针对研究区黄土的防治措施和建议。经过调查、分析和研究,可知研究区内黄土的形成主要成因为风积成因和冲洪积成因两种。风积黄土主要发育于残塬黄土丘陵及梁峁沟壑区,冲洪积黄土主要分布于泾河、lm河、黑河、达溪河、史家沟等河谷区的I、II级阶地上;在野外调查和取样的基础之上,进行了研究区黄土湿陷性大小评价和影响湿陷性因素的分析,得出了固原、中卫、平凉段黄土湿陷性强弱并分析了湿陷性大小与地形地貌、黄土粘粒含量、含水率及孔隙比的相关性。基于物理相似原理和FLAC~(3D)模拟软件,进行了物理相似模拟和数值模拟计算,相似模拟获得了管道在水流影响下的稳定性和坡角的关系:随着斜坡角度的增加,水流对管道的破坏越来越严重,当坡角到达50°左右时达到峰值,随着角度继续增大,水流对管道的破坏减弱;通过数值模拟得出,管道下部土体在受到破坏致使管道悬空后,沿管道悬空部分向两端移动,管道的受力和位移程度越来越小;且坡角处于40°时其管道应变最为严重;当坡角处于30°时其管道应变最为轻微;最后结合工况条件提出了相应的防治措施和建议。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE973;TU43
【图文】：

分布图,输气管线,黄土,分布图

和公路的运输压力，所以说油气管道是国民经济的生命线工程之一。新管线工程包括一条干线、五条支干线，线路总长 7373 公里，其中干线，支线 2872 公里。输气线路工程全线经过新疆、宁夏、甘肃、陕西、河、湖北、湖南、江西、广东、广西、浙江等 12 个省、自治区。在途径甘、陕西过程中，会遇到大面积湿陷性黄土地区，黄土特有的湿陷性造成和危险，如地基不均匀沉陷、塌陷、地表变形、浸水后地基承载力下降问题会严重影响管道安全、油气通行能力和输油管道建设的发展。因此管道沿线湿陷性黄土的地质分区，正确评价管道沿线黄土场地的湿陷性的意义，将有助于黄土地区输油管道工程的勘察和设计。“不良地质危险性评价与防治技术研究”是中石化石油工程设计有限公新气管道工程立项的中石化科技攻关项目“新疆煤制天然气外输管道勘术研究”的一个子课题。本人研究课题“新疆煤制气管线黄土湿陷性评边坡敷设模拟研究”是“不良地质危险性评价与防治技术研究”中的部主要研究新气管线沿线中黄土对管道敷设及运营的影响。黄土段管线分-1 所示。

黄土湿陷

的湿陷性黄土主要分布在湟水河、大通河等河谷地区，层厚变化大，分层土体性质差异明显[4]。宁夏地区，地质结构认识较浅，在湿陷性黄土灾害处理方面尚因此，本文的研究对区域性黄土地区的油气管道敷设。设管道中主要面对的问题是黄土的湿陷性。黄土湿陷重或外荷作用下，受水浸湿原有土体结构发生破坏而类灾害点一般沿管线呈线状分布，多形成长度数十米（如图 1-2 所示），会造成管线露管、悬空等问题。洼地，各种水体将会大量沿其汇聚和入渗，湿陷坑发会越来越大；有时在地下沿管线会形成长距离的暗穴气压力变化的情况下可能引起管线的振动，使管线变而在陡坡顶部黄土高台地区的黄土湿陷，会使大量的流，软化斜坡的土体，降低斜坡的稳定性，引发黄土线造成更大的危害和威胁。

【参考文献】