跨断层埋地管道应变响应分析

发布时间：2020-08-03 19:07

【摘要】：埋地管道运输有效的解决了各个地区油气资源产需不平衡的问题,对全球的经济发展起到了不可或缺的能源调配作用。长输埋地管道不可避免的穿越地震断裂带,管道与岩土直接接触极易受到地层错动的影响,坚固而有韧性的管道能一定程度承受地震动的考验,却很难抵御断层错动作用和地表破坏所产生的永久性地面位移。本文提出了基于流固耦合的跨断层埋地管道有限元模型,基于该模型研究了在输流工况下的跨断层埋地管道的力学响应行为和敏感参数影响规律,为跨断层管道有限元建模、管道抗震设计和抗震措施的实施提供参考建议。主要研究内容如下:(1)调研分析国内外跨断层埋地管道力学响应分析方法,总结出主要研究方法可分为理论解析法、数值模拟法和实验研究,分析总结了各个方法的局限性,并调研总结了现有埋地管道抗震措施。(2)对不同类型断层错动机理进行研究,总结了震级与断层位错量的经验公式;将断层作用下埋地管道的破坏模式分为拉伸破坏与屈曲破坏,探讨了导致管道失效的影响因素。分析对比了应力与应变的管道失效准则,确定选用基于应变的塑性失效准则。(3)分析了非线性理论、弹塑性理论、壳体理论与流固耦合理论在文中的适用性,通过软件比采用ADINA结合ANSYS有限元软件进行建模分析。管道模型采用MITC4 shell单元进行离散,断层模型采用3D-solid实体单元,流体采用3D-fluid单元,管土作用采用3D-contact非线性接触,流体与管道通过FSI进行迭代耦合计算,建立了土体-管道-流体三相耦合模型。通过美国Cornell大学所进行的大尺寸实验对所建模型进行了比对验证并确定其有效性。(4)流固耦合作为跨断层埋地管道研究领域的新兴研究点,本文证明了管内流体对跨断层管道力学响应的影响不容忽视。故本文提出的基于流固耦合的跨断层埋地管道模型,能够最贴切的反应实际工况中输流管道的受力情况,在最大程度发挥管道自身性能的同时保证管道安全,为今后跨断层埋地管道研究领域模型建立提供一定指导和参考。(5)研究断层类型、断层位错量、断层与管道交角、管道埋深、管径壁厚、管道钢级、流体压力、流体速度、流体温度及场地土性质对跨断层埋地管道应变响应的影响规律。基于有限元结果,通过多元非线性回归理论结合MATLAB软件编程,得到穿越逆断层时埋地输流管道轴向最大压缩应变的预测公式。(6)基于有限元分析结果结合《油气输送管道线路工程抗震技术规范》(GB/T50470-2017)提出的以“优先采用降低计算应变的措施”为标准,提出了通用抗震措施。提出采用添加弯管的Zigzag管道布置方法,并研究了弯头角度和壁厚对弯管控制应变能力的影响。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE973
【图文】：

(a)中国油气管道建设分布图

图２－１断层要素逡逑

图２－２三种常见的断层类型逡逑真实地质灾害发生时地壳受力来源多种多样，N<丨卩只会以起？种形式的断层错动，逡逑

【参考文献】

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本文编号：2780069