冻土区油气管道破坏分析

发布时间：2017-04-24 06:05

  本文关键词：冻土区油气管道破坏分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：冻土是基础工程建设中常见的一种复杂土质,尤其是在油气管道建设过程中无可避免地要通过冻土区。常见的冻土可以分为永冻土、多年冻土和季节性冻土,其主要区别是冻结的时间和相变过程不同,在物化性质上也有一定的差距。不同冻土类型对相应区域内的管网设施会产生一定的影响和破坏,因此有必要对冻土区的管道设施的破坏情况进行深入研究和分析,从而更好地指导冻土区管道的设计、施工和维护。本文主要在前人对冻土理论、冻土力学和管线力学研究的基础上,对冻土区管道的冻害问题和管道工程对冻土的影响进行了分析。主要研究内容及结论如下:1)根据现有对于冻土力学的研究现状,分析了土体冻胀与冻结过程中的水分迁移情况及其影响因素,土体在冻结过程中的成冰机制及冷生结构,探索各种因素对冻胀的影响,归纳总结了各向冻胀力的计算和冻胀模型。2)分析了土体融化固结的基本特征以及其影响因素,提出采用经验法对冻土融沉进行预报,归纳分析了现有的冻土融化固结理论,并给出了它们的使用范围及理论推导过程。3)采用ANSYS有限元分析法对冻土区的管-土相互作用进行分析,给出了油温对周围冻土环境的影响。现有的研究主要停留在横截面上的二维温度场分布,且主要考虑的因素为管道随四季温差周期变化和总体运营寿命,本文首次尝试在三维场中对不同深度地温和管内油温轴向温度变化同时作为应变荷载时管道周围土体温度场的分布。4)根据中俄油气管道AE段详勘数据,对该段多年冻土和季节性冻土的冻融和冻胀性进行了分析,评价了冻土对管道工程的危害,给出了相应的处理措施和施工建议。虽然漠大线石油管道已经投入运营多年,但对于管道设计和施工的反思对未来冻土区管道勘查、设计和施工是及具有参考价值和实际意义的。
【关键词】：冻土力学 管道工程 冻胀 融沉 温度场
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973;P642.14
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题研究现状11-19
• 1.1.1 国内外冻土力学研究进展11-13
• 1.1.2 冻土中管道周围温度场研究现状13-17
• 1.1.3 冻土区管道失效研究现状17-19
• 1.2 课题背景及研究意义19-21
• 1.2.1 课题提出19
• 1.2.2 课题研究意义19-21
• 1.3 课题研究内容及目标21-24
• 1.3.1 研究内容21
• 1.3.2 研究目标21-22
• 1.3.3 技术路线22-24
• 第2章 冻土工程特性分析24-51
• 2.1 土的冻结与冻胀24-34
• 2.1.1 土冻结过程中的水分迁移24-26
• 2.1.2 土中水冻结时的成冰作用与冷生结构26-28
• 2.1.3 土的冻胀与冻胀力28-34
• 2.2 冻土的融化固结34-48
• 2.2.1 冻土的融化固结特征34
• 2.2.2 影响冻土融化固结的主要因素34-36
• 2.2.3 冻土融沉预报的经验方法36-37
• 2.2.4 冻土的融化固结理论37-48
• 2.3 冻融对土体工程性质的影响48-51
• 2.3.1 冻融对土的物理性质的影响48-49
• 2.3.2 冻融引起的土的力学性质变化49-51
• 第3章 冻土区管-土相互作用分析51-70
• 3.1 管道周围冻土温度场分析51-59
• 3.1.1 控制微分方程51-52
• 3.1.2 相变问题的处理52-53
• 3.1.3 计算模型53-59
• 3.2 差异性冻胀下管道的应力分析59-66
• 3.2.1 冻胀量的计算59-61
• 3.2.2 蠕变量的计算61-62
• 3.2.3 管-土系统有限元模型62-66
• 3.3 地基融沉时管道的应力分析66-70
• 第4章 中俄原油管道AE段冻土分析70-80
• 4.1 多年冻土评价70-75
• 4.1.1 多年冻详勘数据70-72
• 4.1.2 多年冻土评价72-74
• 4.1.3 工程环境对多年冻土的影响74
• 4.1.4 多年冻土对管道工程的危害评价及处理措施74-75
• 4.2 季节性冻土75-77
• 4.2.1 季节性冻土详勘数据75-76
• 4.2.2 季节冻土冻涨性评价76-77
• 4.2.3 季节性冻土对管道工程的影响及工程措施建议77
• 4.3 冻土评价结论及建议77-80
• 4.3.1 评价结论77-78
• 4.3.2 建设建议78-80
• 第5章 结论与展望80-84
• 5.1 结论80-81
• 5.2 展望81-84
• 5.2.1 开展多年冻土区埋地管道基于应变的敷设技术研究81
• 5.2.2 结合漠大线管道监测开展安全评价工作81-82
• 5.2.3 冻土与管道相互作用研究展望82-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-90
• 附录90

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