基于流固耦合的输气管道与断层最佳交角研究

发布时间：2021-09-28 13:27

　　采用ADINA有限元软件,建立了基于流固耦合的跨断层埋地管道管-土-流体三相耦合模型,计算和分析了管道以不同角度穿越不同类型断层时管道的应变响应规律及管内流体压力变化范围,进一步得出了管道与不同类型断层最佳交角范围。研究结果表明:在断层位错量小于1.3m时管道与走滑断层的最佳交角范围为30°～60°,当断层位错量较大时管道应以30°～45°穿越走滑断层;大角度穿越正断层会导致较大的应变值,尤其容易使管道处于压缩状态,管道与正断层的最佳交角范围为30°～60°;管道与逆断层的交角为钝角时会使管道受压,管道应以小于90°的角度穿越逆断层。 

【文章来源】：应用力学学报. 2019,36(06)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

管道以不同角度穿越走滑断层最大等效塑性应变Fig.3Themaximumequivalentplasticstrainofthepipelinepassingthroughthestrike-slipfaultatdifferentangles

°，研究管道应变响应。管道以不同角度穿越走滑断层最大等效塑性应变、管内流体压力变化、最大轴向应变分别如图3~图5所示。图3管道以不同角度穿越走滑断层最大等效塑性应变Fig.3Themaximumequivalentplasticstrainofthepipelinepassingthroughthestrike-slipfaultatdifferentangles图4管道以不同角度穿越走滑断层管内流体压力变化Fig.4Thechangeoffluidpressureinpipelinepassingthroughthestrike-slipfaultatdifferentangles根据图3可以得出，随着管道与断层角度增加，管道的等效应变增加。根据图4可以得出，管内流体压力增量随管道与断层交角增大而增大，可得管道变形量增大。根据图5可以得出，管道以较小角度穿越走滑断层时所受拉、压应变明显小于管道以大角度与断层相交时所产生的应变值；在断层位错量小于1.3m时，管道以60°穿越走滑断层会产生最小的压缩应变，断层位错量大于1.3m时，30°交角下的压缩应变较校综上可得，管道应以较小角度穿越走滑断层，在交角较小时土体对管道的轴向拉伸

第6期陈飞，等：基于流固耦合的输气管道与断层最佳交角研究1485道应变的影响，得出管道与断层的交角是重要的影响因素。以上研究均是针对空管或均布内压管道进行数值模拟，而少有学者对输流状态下的管道进行有限元分析。文献[6]研究表明，流体在管道弯曲处被迫改变方向时，将对管壁施以附加作用力，最大应力和应变发生在入口和出口处附近的上下部。由于管道的弹性作用，管道壁面又会反过来影响管内流体流动情况，两者之间存在复杂的耦合作用。管道随土壤运动产生变形，与管内流体产生的相互作用不容忽略。鉴于此，为了进一步保障输流工况下跨断层埋地管道安全，针对管道与断层交角这一重要影响因素，本文采用ADINA有限元软件进行模拟，讨论基于流固耦合的管道与不同类型断层最佳交角范围，以期为跨断层埋地输气管道的有限元建模与抗震设计提供参考。2有限元模型建立2.1断层类型及错动机理根据断层两盘移动的方向和作用力方向的相对运动状况可以将断层分为三类(见图1)。1)正断层：上盘沿断层面相对下降，下盘相对上升的断层。它一般是受水平张应力或垂直作用力使上盘相对向下滑动而形成的，所以构造变动中多在垂直于张应力的方向上发生，也有的沿已有剪节理发生。其断距可从几厘米到数十米，延伸范围一般自几十米至数公里。倾角一般较陡，多在50°~60°之间，甚至更陡。如由数条正断层排列组合在一起，则形成阶地式断层、地垒和地堑等。2)逆断层：上盘沿断层面相对上升，下盘相对下降的断层。它一般是由于岩体受到水平方向强烈挤压力的作用，使上盘沿断面向上错动而成。断层线的方向常和岩层走向或褶皱轴的方向近于一致，和压应力作用的方向垂直。断层面从陡倾角至?

【参考文献】：
期刊论文
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[4]弯曲输流管道流固耦合流动特性研究[J]. 徐合力,蒋炎坤.  武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2008(02)
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本文编号：3411984