倾斜砂土场地浅埋管道隆起（上浮）离心模型试验研究

发布时间：2018-03-28 19:17

  本文选题：离心模型试验　切入点：倾斜场地　出处：《浙江大学》2017年博士论文

【摘要】：供水、供电、供气、通信线路等管网工程是现代工业以及城镇生活的大动脉,被看作城市的“生命线工程”。随着城市土地资源的紧缺和环境需求的提高,越来越多的生命线工程被埋于地下,形成地下管线系统。然而,地下管线系统自身比较脆弱,隆起(上浮)破坏现象极为常见,特别是在具有一定坡度的倾斜区域。目前,国内外学者对管土相互作用的研究大多建立在水平场地前提下,而实际更为普遍的倾斜场地则较少涉及,现有成果对真正认识倾斜场地管道失稳机理还远远不够。基于此,本文采用理论分析和试验研究相结合的方法,分别对两种致灾环境下(非液化场地和液化场地)倾斜场地浅埋管道隆起(上浮)破坏问题进行了研究:(1)分析了非液化场地管周土体变形模式和管道隆起抗力的发挥特征,提出了管道隆起抗力以及破裂角的估算方法,并采用前人理论公式和本文试验结果验证其合理性;(2)分析了液化场地埋地管道及其周围土体的动力响应特性,研究了液化过程中管道受力特性和管土变形模式,在此基础上提出了管道受力估算模型,并采用离心模型试验结果验证,从而揭示了液化场地管道失稳机理。本文所做的主要工作和研究成果如下:1、围绕倾斜非液化场地管道隆起破坏问题,进行了九组倾斜场地管道隆起变形离心模型试验,分析了浅埋管道隆起时管周土体变形模式和隆起抗力发挥特征,研究表明倾斜场地管周土体变形模式与水平场地不同,当场地倾角大于0°时,管道两边破裂面呈非对称破坏模式,破裂面整体向坡脚方向偏转。管道埋深比一定时,破裂面偏转程度随场地倾斜程度增大而增大;场地倾角一定时,破裂角偏转程度随埋深比H/D增大而减小。不同埋深、不同场地倾斜程度下管道隆起抗力发挥过程相似,均呈现初期增长较快,峰值后逐渐衰减的驼峰型曲线特征;管道隆起抗力受埋深和倾斜程度影响较大,倾斜场地埋地管道隆起抗力小于水平场地,该值的减小程度随着埋深增加而减弱,随着场地倾角的增加而加剧。2、在倾斜场地管道隆起变形离心模型试验研究的基础上,本文基于Rankine理论和摩尔库伦强度准则,采用Terzaghi图解法,分析管周土体破裂面上一点的应力,根据极限平衡分析方法提出了倾斜场地管道隆起抗力理论计算公式和管周破裂角计算方法,并与前人理论研究和本文离心模型试验结果进行了对比验证。3、基于水平液化场地埋地管道动力离心模型试验,研究了液化场地浅埋管道上浮破坏问题,结果表明:水平场地管道侧向位移极小,主要表现为竖向上浮破坏,且埋深越浅、振动幅值越大,管道上浮破坏更易发生;上浮失稳过程中,管周土体呈“心”形流动变形,影响范围远大于同埋深非液化场地管道;管道上浮变形的开始、停止与振动本身无对应关系,而与振动所引发的场地内孔压,土体变形等因素相关,是多力耦合作用的结果。在此基础上,本文提出了水平液化场地管道上浮受力估算模型,并采用离心模型试验结果验证其合理性。4、基于倾斜液化场地管道离心模型试验,分析了倾斜液化场地管土变形模式和失稳机理,结果表明:倾斜液化场地中管道除了会产生上浮变形外,还存在显著的侧向变形,整体呈现出向坡脚上方运动的趋势。管道失稳过程中,液化坡体表面存在零位移矢量区域,场地内土体成层延该区域“外半环”流动,整体呈现出圆弧状流动变形的特征,明显不同于水平液化场地,也不同于不含结构物的倾斜液化场地。管道失稳变形是多力综合作用的结果,与场地孔压、管周土体变形等因素有关。振动引发场地超静孔压上升的同时,管周土体上覆土重、管底支承力和管周土强度均发生变化,管道自身平衡条件被打破,产生上浮和侧向变形。基于试验结果,本文提出了圆弧滑动面假设,建立了管道受力估算模型,并采用离心模型试验结果验证其合理性。
[Abstract]:In this paper , the characteristics of pipeline uplift resistance and deformation pattern of pipeline are studied by means of theoretical analysis and experimental research . Based on the results of centrifugal model test of horizontal liquefaction site , this paper presents a method for estimating pipeline uplift resistance of liquefied site . The results show that the horizontal displacement of pipeline in inclined liquefaction site is very small , which is different from that of horizontal liquefaction site .

【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU990.3

【参考文献】

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本文编号：1677701