基于冻土地带抗拔阻力峰后递减对不同冻胀作用下的管线进行模拟
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
需要 复 杂 的数值 计算 。通 过 与有 限差 分结 果 （ ｘ Ｎｉ— ｏ ９４ ｎ １ ９ ）和 有 限元 分 析 结果 对 比，验 证 了该 方 法
的应 力应 变预 测结果 与 有限元 分析 方 法结 果 取得 了很 好 的一 致 。采 用一种 参数 研 究方 法 来分析 那 些可 以改 变冻 土地 带抗拔 阻力的 关
的 弹性 、塑性 及 蠕 变特 性 ，Ｓ ｌａ ｕ ａ 和他 的助 手 ｅｖ ｄ ｒｉ
们 对 管线 和 土壤之 间 的相互 作 用进 行 了精确 的连 续
介 质模 拟 。尽 管连 续介 质模 拟 有很 多优 点 ，但 是 目
未 冻结 土壤 间界 面 附近 的冻胀 性差 异是 北极 地 区管 线 设计 的一 个关键 问题 。管线 内部 的最 大压 力通 常 决 定 了常 规 管 线 的设 计 （ 壁 厚 度 及 管 线 强 度 ） 管 ， 而 冻胀性 差异 也成 为 冻土地 带 管线设 计 的一个 考 虑
过 一定 的覆 盖设 备来 维持 管道 的完 整性 已经不是 主
要 的 问 题 ，而 两 个 冻 胀 性 有 差 异 的 土 壤 间或 冻 结 与
限性 。Ｓ ｅ ｈ ｎ和 Ｌ ｄ ｎ ｉ（ ９ １ ａ ａ ｙ １ ９ ）使用 有 限差 分对 热 湿运 动及 发 生 的机械 形变 进行 了模 拟 。考 虑到冻 土
得 了冻 土 的抗 拔 阻 力 函数 ，该 函数 与 管 线 位 移 有
关 ，在 最大 位 移 时 抗 拔 阻力 达 到 峰 值 然 后 降 至 余
值 。基 于测 试 条 件 ，位 移 是 高 峰 阻 力 位 移 的 ３倍 时 ，峰后 的阻力 降至 峰 值 的 ４ 和 ７ 之 间 ，峰 ０ Ｏ
高鹏 鹏 （ 陕西延长石油 （ 集团）研究院） 审校 ：胥 洪俊 （ 中国石油塔里木油田天然气事业部）
摘 要 深 埋 藏 的 天 然 气 管 线 与 周 围 因 冻
胀 性 差 异 发 生 位 移 的 冻 土 之 间 的 相 互 关 系 已
抗 拔 阻力需 要 特别关 注 ，它 将在 最大 应力 应变 的基 础 上决 定管 线 的设计 。
键 因素 。相 比 很 多种 此 类 方 法 ， 最 终 发 现 剩
的有 效性 ，并 对 影 响冻土 地带 各类 型 土壤参 数 的敏
感性 进行 了分 析 。研究 表 明 ，该方 法不 但 可 以分 析
余 阻抗是 影 响 管线应 力应 变 的一 个很 重要 的
参数 。
土壤 冻胀 性差 异 ，而且 可 以用来 模 拟冻 土地 带抗 拔
作 为一 个 弹性 、非 线 性 黏 性 连 续 介 质 来进 行 模 拟 。
Ｓ ｌａ ｕ ａ （ ９ ８ 仅 仅 把 土壤 作 为 一 种 弹 性 材 料 ｅｖ ｄ ｒｉ １ ８ ）
来 对 待 。 Ｎｉｏ （ ９ ８） Ｆ ｒ ｒ 和 Ｌ ｄ ｎ ｉ ｘ ｎ １ ９ 、 ｏｉ ｏ ｅ ａａ ｙ
（９４ １ ９ ）认 为冻 土地 带 的抗 拔 阻 力会 发 生 比较 大 的
非 弹性 位移 ，因此该 方法 在实 际应 用 中有 很大 的局
同。 目前 对通 过永久 性 冻土 的天 然气 管线 采用 一种 制 冷设备 防止 冻土 的解 冻融 化 ，这是 因 为 当管线 通 过不 连续 的永 久冻 土地 带时 ，这 些设 备可 以给 解冻 的土 壤制冷 ，否则 ，会诱 发管 线 发生垂 向位移 。通
前 经 常使用 束 模 型来研 究周 围土壤 阻力 的变 化 。在
很 多相 关 文献 中 ，可 以见 到使用 弹簧 模 型来研 究 冻 土 ，在 这些 研究 中 ，一 个重 要 的参数 就是 准确 地标 定 出周 围土 壤 的抗拔 阻力 。
因素 。冻 胀 引起 的管道 应力 应 变 的大小 取决 于周 围 土壤 提供 的抗 拔 阻力 。例如 ，土壤 与管 线接触 面 上
王 香 增 ：基 于 冻 土 地 带 抗 拔 阻 力 峰 后 递 减 对 不 同冻 胀 作 用 下 的 管 线 进 行 模 拟
４ ９
基 于 冻 土 地 带 抗 拔 阻 力 峰 后 递 减 对 不 同冻 胀 作 用 下 的 管 线 进 行 模 拟
编 译 ：王 香 增 （ 中国石油： 赶学 （ 东） 华 ，陕西延长 石油 （ 集团）有限责任公司）
阻力 递减 对管 线冻 胀性 差 异 的影 响 。
关键 词 管线 冻 胀性 不 连续 永久 冻 土 半定 量方 法 抗 拔 阻力 冻 土
２ 历 史 工作
过去 ，曾针对 管线 冻胀 性 预测 和结构 分 析提 出
了许 多有用 的理论 。基 ห้องสมุดไป่ตู้管 线 的结构 性变 化 ，Ｎｉ－ ｘ
比较 低 的抗拔 阻力 可 以导 致 管 线 发 生 缓慢 的运 移 ， 因 此 出 现 诱 发 应 力 应 变 的 轻 微 冻 胀 （ ｘ ｎ 和 Ｎｉｏ Ｈａｅ ９ ３ 。在 不 连 续 的冻 土地 带 ，过 渡带 上 的 ｚｎ１ ９ ）
Ｎｉｏ （ ９ ８ ｘ ｎ １ ９ ）和 Ｌｕ等 （ ０ ４ 在 实 验 室 获 ｉ ２０ ）
经 引起 关 注 。本文介 绍 了一种 在 实验 室检 测
的 基 于 冻 土 地 带 抗 拔 阻 力 递 减 对 不 同 冻 胀 作 用 下 的 管 线进 行 模 拟 的 半 定 量 方 法 。 非 线 性
本 文通 过一 种在 实 验室 检测 的基 于冻 土地 带抗 拔 阻力 递减 对 管线冻 胀性 差 异进 行模 拟 的半定 量方 法对 上 述 问题 开展研 究 。该方 法 的主要 优 点在 于不
１ 引 言
北 部对 油气 资源 的需求 强 劲 ，因而 对北 极 附近 的油气 管线进 行有 效 的设计 显 得尤 为重 要 。北部 的 油 气管线 通 常要通 过一 些连 续 的或者 间 断 的冻土 地 带 ，这些 地 带 的 土 壤 类 型 、土 壤 的冻 胀 性 不 尽 相
ｏ ｎ等人 （ ９ ３ １ ８ ）采 用 一 系列 有 限元 分 析法 把 土壤
的应 力应 变预 测结果 与 有限元 分析 方 法结 果 取得 了很 好 的一 致 。采 用一种 参数 研 究方 法 来分析 那 些可 以改 变冻 土地 带抗拔 阻力的 关
的 弹性 、塑性 及 蠕 变特 性 ，Ｓ ｌａ ｕ ａ 和他 的助 手 ｅｖ ｄ ｒｉ
们 对 管线 和 土壤之 间 的相互 作 用进 行 了精确 的连 续
介 质模 拟 。尽 管连 续介 质模 拟 有很 多优 点 ，但 是 目
未 冻结 土壤 间界 面 附近 的冻胀 性差 异是 北极 地 区管 线 设计 的一 个关键 问题 。管线 内部 的最 大压 力通 常 决 定 了常 规 管 线 的设 计 （ 壁 厚 度 及 管 线 强 度 ） 管 ， 而 冻胀性 差异 也成 为 冻土地 带 管线设 计 的一个 考 虑
过 一定 的覆 盖设 备来 维持 管道 的完 整性 已经不是 主
要 的 问 题 ，而 两 个 冻 胀 性 有 差 异 的 土 壤 间或 冻 结 与
限性 。Ｓ ｅ ｈ ｎ和 Ｌ ｄ ｎ ｉ（ ９ １ ａ ａ ｙ １ ９ ）使用 有 限差 分对 热 湿运 动及 发 生 的机械 形变 进行 了模 拟 。考 虑到冻 土
得 了冻 土 的抗 拔 阻 力 函数 ，该 函数 与 管 线 位 移 有
关 ，在 最大 位 移 时 抗 拔 阻力 达 到 峰 值 然 后 降 至 余
值 。基 于测 试 条 件 ，位 移 是 高 峰 阻 力 位 移 的 ３倍 时 ，峰后 的阻力 降至 峰 值 的 ４ 和 ７ 之 间 ，峰 ０ Ｏ
高鹏 鹏 （ 陕西延长石油 （ 集团）研究院） 审校 ：胥 洪俊 （ 中国石油塔里木油田天然气事业部）
摘 要 深 埋 藏 的 天 然 气 管 线 与 周 围 因 冻
胀 性 差 异 发 生 位 移 的 冻 土 之 间 的 相 互 关 系 已
抗 拔 阻力需 要 特别关 注 ，它 将在 最大 应力 应变 的基 础 上决 定管 线 的设计 。
键 因素 。相 比 很 多种 此 类 方 法 ， 最 终 发 现 剩
的有 效性 ，并 对 影 响冻土 地带 各类 型 土壤参 数 的敏
感性 进行 了分 析 。研究 表 明 ，该方 法不 但 可 以分 析
余 阻抗是 影 响 管线应 力应 变 的一 个很 重要 的
参数 。
土壤 冻胀 性差 异 ，而且 可 以用来 模 拟冻 土地 带抗 拔
作 为一 个 弹性 、非 线 性 黏 性 连 续 介 质 来进 行 模 拟 。
Ｓ ｌａ ｕ ａ （ ９ ８ 仅 仅 把 土壤 作 为 一 种 弹 性 材 料 ｅｖ ｄ ｒｉ １ ８ ）
来 对 待 。 Ｎｉｏ （ ９ ８） Ｆ ｒ ｒ 和 Ｌ ｄ ｎ ｉ ｘ ｎ １ ９ 、 ｏｉ ｏ ｅ ａａ ｙ
（９４ １ ９ ）认 为冻 土地 带 的抗 拔 阻 力会 发 生 比较 大 的
非 弹性 位移 ，因此该 方法 在实 际应 用 中有 很大 的局
同。 目前 对通 过永久 性 冻土 的天 然气 管线 采用 一种 制 冷设备 防止 冻土 的解 冻融 化 ，这是 因 为 当管线 通 过不 连续 的永 久冻 土地 带时 ，这 些设 备可 以给 解冻 的土 壤制冷 ，否则 ，会诱 发管 线 发生垂 向位移 。通
前 经 常使用 束 模 型来研 究周 围土壤 阻力 的变 化 。在
很 多相 关 文献 中 ，可 以见 到使用 弹簧 模 型来研 究 冻 土 ，在 这些 研究 中 ，一 个重 要 的参数 就是 准确 地标 定 出周 围土 壤 的抗拔 阻力 。
因素 。冻 胀 引起 的管道 应力 应 变 的大小 取决 于周 围 土壤 提供 的抗 拔 阻力 。例如 ，土壤 与管 线接触 面 上
王 香 增 ：基 于 冻 土 地 带 抗 拔 阻 力 峰 后 递 减 对 不 同冻 胀 作 用 下 的 管 线 进 行 模 拟
４ ９
基 于 冻 土 地 带 抗 拔 阻 力 峰 后 递 减 对 不 同冻 胀 作 用 下 的 管 线 进 行 模 拟
编 译 ：王 香 增 （ 中国石油： 赶学 （ 东） 华 ，陕西延长 石油 （ 集团）有限责任公司）
阻力 递减 对管 线冻 胀性 差 异 的影 响 。
关键 词 管线 冻 胀性 不 连续 永久 冻 土 半定 量方 法 抗 拔 阻力 冻 土
２ 历 史 工作
过去 ，曾针对 管线 冻胀 性 预测 和结构 分 析提 出
了许 多有用 的理论 。基 ห้องสมุดไป่ตู้管 线 的结构 性变 化 ，Ｎｉ－ ｘ
比较 低 的抗拔 阻力 可 以导 致 管 线 发 生 缓慢 的运 移 ， 因 此 出 现 诱 发 应 力 应 变 的 轻 微 冻 胀 （ ｘ ｎ 和 Ｎｉｏ Ｈａｅ ９ ３ 。在 不 连 续 的冻 土地 带 ，过 渡带 上 的 ｚｎ１ ９ ）
Ｎｉｏ （ ９ ８ ｘ ｎ １ ９ ）和 Ｌｕ等 （ ０ ４ 在 实 验 室 获 ｉ ２０ ）
经 引起 关 注 。本文介 绍 了一种 在 实验 室检 测
的 基 于 冻 土 地 带 抗 拔 阻 力 递 减 对 不 同 冻 胀 作 用 下 的 管 线进 行 模 拟 的 半 定 量 方 法 。 非 线 性
本 文通 过一 种在 实 验室 检测 的基 于冻 土地 带抗 拔 阻力 递减 对 管线冻 胀性 差 异进 行模 拟 的半定 量方 法对 上 述 问题 开展研 究 。该方 法 的主要 优 点在 于不
１ 引 言
北 部对 油气 资源 的需求 强 劲 ，因而 对北 极 附近 的油气 管线进 行有 效 的设计 显 得尤 为重 要 。北部 的 油 气管线 通 常要通 过一 些连 续 的或者 间 断 的冻土 地 带 ，这些 地 带 的 土 壤 类 型 、土 壤 的冻 胀 性 不 尽 相
ｏ ｎ等人 （ ９ ３ １ ８ ）采 用 一 系列 有 限元 分 析法 把 土壤