滑坡作用下埋地管线反应分析

论文摘要

地震引发的滑坡是导致埋地管线破坏的重要原因之一,而埋地管线又是城市基础建设的重要组成部分,因此分析滑坡作用下埋地管线的反应规律是必要的。本论文通过对三种理想滑坡形式作用下的埋地管线进行理论分析,并与有限元数值结果进行验证,研究管线的反应规律,希望为今后埋地管线的抗震设计工作提供一些依据,主要包括以下几个方面:(1)在对已有研究成果总结的基础上,基于管土相互作用双线性模型,建立了轴向滑坡作用下管线的变形及应变分析模型,由有限元模型分析验证了公式的适用性,并得到一些有益的结论:土体下滑位移较大时,管线的最大轴向应变主要受滑坡长度控制;当滑坡长度较大时,管线的最大轴向应变受土体下滑位移控制。(2)基于理想弹塑性土体本构关系和弹性梁挠曲理论建立了埋管在有限宽横向滑坡和无限宽横向滑坡下的变形微分方程,其中考虑了管线由于大变形产生的轴向伸长对轴向应变的影响。得出管线在滑坡端5m附近的轴向应变为最大,大于20m宽度的滑坡与无限宽滑坡对管线的影响很接近。建立塑性管模型,模拟管线进入应力强化阶段时的反应,通过具体算例,定量分析了不同参数如滑坡宽度、土体下滑位移、埋深、管径等对管线反应的影响程度。根据计算结果得出管线的受力及变形的规律。(3)利用前面分析成果,把深层圆弧滑坡土体运动分解为轴向和横向分量,得到两分量下管线轴向应变,两者的相加值作为管线最大轴向应变的保守估计。并利用ANSYS计算出比较可靠的管线轴向应变。本文最后提出了埋地管线反应分析中需要进一步研究的问题和发展方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景、目的和意义
• 1.2 滑坡的定义
• 1.3 地震滑坡造成的管线震害
• 1.3.1 地震滑坡下管线特征
• 1.3.2 埋地管线抗震设计准则
• 1.4 本课题发展现状和趋势
• 1.4.1 研究现状
• 1.4.3 发展趋势
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 滑坡作用下埋地管线研究方法
• 2.1 前言
• 2.2 滑坡作用下管线的非线性行为
• 2.2.1 非线性状态描述
• 2.2.2 非线性的求解
• 2.3 几种埋地管线研究方法
• 2.3.1 弹性地基梁模型分析方法
• 2.3.2 土弹簧模型分析方法
• 2.3.3 管土非线性接触模型
• 2.4 小结
• 3 轴向滑坡作用下埋地管线反应分析
• 3.1 前言
• 3.2 轴向滑坡下管线受力分析
• 3.2.1 埋地管线在轴向滑坡作用下的力学模型和基本假设
• 3.2.2 轴向滑坡下管线变形广义解
• 3.3 轴向滑坡作用的埋地管线有限元建模
• 3.3.1 前言
• 3.3.2 管线模型及单元选取
• 3.3.3 管土相互作用模型及边界条件
• 3.3.4 判断准则
• 3.4 轴向滑坡作用下管线有限元模型计算
• 3.4.1 算例介绍
• 3.4.2 土弹簧有限元模型的建立
• 3.4.3 理论解与仿真解的对比分析及结论、建议
• 3.5 小结
• 4 横向滑坡作用下管线反应分析
• 4.1 前言
• 4.2 横向滑坡下管线受力分析
• 4.2.1 埋地管线在横向滑坡作用下的力学模型和基本假设
• 4.2.2 横向滑坡下管线变形广义解
• 4.2.3 有限宽横向滑坡
• 4.2.4 无限宽横向滑坡
• 4.3 横向滑坡作用下的埋地管线有限元模型计算
• 4.3.1 算例介绍
• 4.3.2 土弹簧有限元模型的建立
• 4.3.3 理论解与仿真解的对比分析
• 4.3.4 大幅度滑坡时管线受力分析
• 4.4 小结
• 5 深层圆弧滑坡作用下管线反应分析
• 5.1 前言
• 5.2 深层圆弧滑坡下管线受力分析
• 5.2.1 埋地管线在圆弧滑坡作用下的力学模型
• P作用下管线行为'>5.2.2 横向位移分量δ_P作用下管线行为
• L作用下管线行为'>5.2.3 轴向位移分量δ_L作用下管线行为
• 5.3 算例分析
• 5.4 有限元计算结果
• 6 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢