管-土相互作用模型试验的尺寸效应及可靠性分析
合集下载
相关主题
- 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)。
ｐｉ ｐｅ・ ｓ ｏ ｉ ｌ ｉ ｎｔ ｅｒ ａｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
用。而在土弹簧模型 中， 土弹簧参数的确定是关
键 对 于土 弹簧 取 值 这 个 问 题 ， 国 内外 研 究 者 一
求。一方面工程上对于土弹簧 的精度要求越来越 高： 另一 方 面不 同 学 者 的计 算 方 法 的结 果 往 往 差
・
２・
防 灾科技 学院 学报
第１ ９卷
异较 大 。针对 这 些 不 足 ， Ｌ ｉ ｕ Ｒ等 指 出需 要 对 不
同地 区 的土进 行 土 弹簧 承 载 力 试 验 ， 以此 来 丰 富
土 弹簧 系数数 据 库 ， 并 进 行 了一 系列 渤 海 地 区 的 管 一土相 互作 用试 验 ｌ １ 。 为测 得 北 京 地 区粉 质 黏 土 的横 向土 弹 簧 参 数， 笔者 进行 了一 系列 的模 型试 验来 研 究 埋 地 管 道 和粉 质黏 土 的横 向 相互 作 用 。但 是 由于 财 力 、
响。最后 ， 分 析 和 修 正 了试 验 结 果 并 对 类 似 试 验 中 的模 型 箱尺 寸选 取 给 出 了建 议
关键 词 ：管 一土相 互作 用； 模型试验 ； 尺寸效应 ； 可靠性分析 ； 模 型箱尺 寸
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｕ ４ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３—８ ０ ４ ７ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２— ０ ０ ０ １— ０ ８
变形 ， 例 如地 表断 裂 、 滑坡 、 沙土 液化 、 震 陷等 对埋 地管 道 造 成 的 破 坏 ． 其 中 后 者 破 坏 性 尤 为 严 重 ］ 。在分 析地 震 对管 道 造 成 的破 坏 时 ， 国 内外 学者 通 常采用 的分 析方 法是 将管 道周 围土体 等效 为连 接管 体 的 三 向土 弹 簧 （ 如图 １ ） ， 以此 来 代 替 土体 对管 道 的约束 ； 在 此土 弹簧 模 型的基 础上 ， 展 开对 埋 地 管 线 的 分 析 。如 甘 文 水 等 ［ ５ ］ 、 胡 明 袢 等 运用 土 弹 簧 模 型 分 析 了跨 越 断 层 埋 地 管 线 的地 震 反 应 。基 于 土 弹 簧 的 分 析 方 法 已 被 我 国 《 油气输送管道线路工程抗震技术规范》 ］ 所采
人力 、 场地 等 的限制 ， 试验 模 型箱不 可 能做 到真 实
的半无 限场地 。为 了检验 已开展模 型试 验结 果 的
然而， 随着城 市化 及施 工技 术 的发展 ， 现 有 的 研究 成果 逐渐 不 能满 足 日益发 展 的现代 工程 的要
图 １ 管 土相 互 作 用 简 化 计 算 模 型
Ｆｉ ｇ ． １ Ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ
李立云 ， 左 晓 ， 钟 紫蓝
（ 北京 工业 大学 城 市与工程 安全减 灾教育部重 点实验 室， 北京 １ ０ ０ １ ２ ４ ）
摘
要： 为 了分析北京地 区粉质黏土场地 中管 一土相互作用土 弹簧模 型参数 ， 进行 了一 系列管土相 互作用试
验 。由于人力 、 经费 、 场地 等原 因， 模型箱尺 寸无法取 到无 限大 ， 模 型箱 的尺 寸效应有 可能使试 验数据 出现 一 定偏差 。为 了检验 已开展模 型试验 结果 的可靠性 ， 基于 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ有限元软件进 行 了数值 仿真 。 探讨 了土体 的 破坏模 式， 研究 了管 一土相互作用试验 的尺 寸效应 ， 并得 到如 下结论 ： 土体 破坏模 式 可分 为深 埋和 浅埋 两种 破坏模式 ； 模 型箱下方和后方边界对试验结果 影响较小， 当深径 比大 于 ６时， 前方边界开始对试验结果 产生影
Ｏ 引 言
一
般采 用 模型 箱试 验 的方法 。如 Ｔ ｒ ａ ｕ ｔ ｍ ａ ｎ ｎ等 ｌ ８ ］ 和 Ａ ｕ ｄ ｉ ｂ ｅ ｒ ｔ 等ｌ ９ 分 别基 于各 自的模 型箱 进 行 了管 一 砂土 的 土弹簧 研 究 ， 得 到 了砂 土 的土 弹 簧参 数取 值方 法 。李立 云 等 在 Ｔ ｒ ａ ｕ ｔ ｍ ａ ｎ ｎ试 验 的基 础 上 利 用数 值方 法分 析 了管 土 相 互作 用 的影 响 因素 ， 提 出了大埋 深条 件 下砂 土极 限 承 载力 经 验公 式 ｌ 】 。 张海 丰对 管 土相 互 作 用 模 型 试 验 的设 计 进 行 了
讨论…
直 以来 ， 国 内外 学 者 对 生命 线 工 程 的研 究
十分 重视 。长 输 管道不 可避 免地 会 穿越一 些 不 良 地带 ． 地 震发 生 时这 些 地 区 的地 下 管道 的服 役 状 态会 相 当脆弱 ， 这 除 了导 致 极 大 的 经济 损 失 还 造
成 了严重 的次 生灾 害 ｌ Ｉ ］ 。强地 震对 埋 地 管道 破 坏 的方式 一般 有 两 种 ： 一 种 是 地震 波 产 生 的地 表 差动 造成 管道 接 口拉 坏 ： 另 一 种 是场 地 永 久 地 面
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７— ０ ３—１ ３
基金项 目： 国家 自然科 学基金资助项 目（５ １ ２ ７ ８ ０ １ ７ ， ５ １ ４ ２ １ ０ ０ ５ ）
作者简介 ： 李 立云 （ １ ９ ７ ３ 一） ， 男， 博士 ， 副教授 ， 主要从 事地震工程及岩土工程 防灾减灾 方面的研究 。
箜 鲞笙 塑
２ ０ １ ７年 ６月
防
灾
科
技
学
院
学
报
Ｖ０ １ ．１ ９． Ｎｏ． ２
Ｊ ．ｏ ｆ Ｉ ｎ ｓ百度文库ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｄｉ ｓ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ Ｐ ｒ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ７
管 一土 相 互 作 用模 型 试 验 的尺 寸效 应 及 可 靠性 分 析
用。而在土弹簧模型 中， 土弹簧参数的确定是关
键 对 于土 弹簧 取 值 这 个 问 题 ， 国 内外 研 究 者 一
求。一方面工程上对于土弹簧 的精度要求越来越 高： 另一 方 面不 同 学 者 的计 算 方 法 的结 果 往 往 差
・
２・
防 灾科技 学院 学报
第１ ９卷
异较 大 。针对 这 些 不 足 ， Ｌ ｉ ｕ Ｒ等 指 出需 要 对 不
同地 区 的土进 行 土 弹簧 承 载 力 试 验 ， 以此 来 丰 富
土 弹簧 系数数 据 库 ， 并 进 行 了一 系列 渤 海 地 区 的 管 一土相 互作 用试 验 ｌ １ 。 为测 得 北 京 地 区粉 质 黏 土 的横 向土 弹 簧 参 数， 笔者 进行 了一 系列 的模 型试 验来 研 究 埋 地 管 道 和粉 质黏 土 的横 向 相互 作 用 。但 是 由于 财 力 、
响。最后 ， 分 析 和 修 正 了试 验 结 果 并 对 类 似 试 验 中 的模 型 箱尺 寸选 取 给 出 了建 议
关键 词 ：管 一土相 互作 用； 模型试验 ； 尺寸效应 ； 可靠性分析 ； 模 型箱尺 寸
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｕ ４ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３—８ ０ ４ ７ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２— ０ ０ ０ １— ０ ８
变形 ， 例 如地 表断 裂 、 滑坡 、 沙土 液化 、 震 陷等 对埋 地管 道 造 成 的 破 坏 ． 其 中 后 者 破 坏 性 尤 为 严 重 ］ 。在分 析地 震 对管 道 造 成 的破 坏 时 ， 国 内外 学者 通 常采用 的分 析方 法是 将管 道周 围土体 等效 为连 接管 体 的 三 向土 弹 簧 （ 如图 １ ） ， 以此 来 代 替 土体 对管 道 的约束 ； 在 此土 弹簧 模 型的基 础上 ， 展 开对 埋 地 管 线 的 分 析 。如 甘 文 水 等 ［ ５ ］ 、 胡 明 袢 等 运用 土 弹 簧 模 型 分 析 了跨 越 断 层 埋 地 管 线 的地 震 反 应 。基 于 土 弹 簧 的 分 析 方 法 已 被 我 国 《 油气输送管道线路工程抗震技术规范》 ］ 所采
人力 、 场地 等 的限制 ， 试验 模 型箱不 可 能做 到真 实
的半无 限场地 。为 了检验 已开展模 型试 验结 果 的
然而， 随着城 市化 及施 工技 术 的发展 ， 现 有 的 研究 成果 逐渐 不 能满 足 日益发 展 的现代 工程 的要
图 １ 管 土相 互 作 用 简 化 计 算 模 型
Ｆｉ ｇ ． １ Ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ
李立云 ， 左 晓 ， 钟 紫蓝
（ 北京 工业 大学 城 市与工程 安全减 灾教育部重 点实验 室， 北京 １ ０ ０ １ ２ ４ ）
摘
要： 为 了分析北京地 区粉质黏土场地 中管 一土相互作用土 弹簧模 型参数 ， 进行 了一 系列管土相 互作用试
验 。由于人力 、 经费 、 场地 等原 因， 模型箱尺 寸无法取 到无 限大 ， 模 型箱 的尺 寸效应有 可能使试 验数据 出现 一 定偏差 。为 了检验 已开展模 型试验 结果 的可靠性 ， 基于 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ有限元软件进 行 了数值 仿真 。 探讨 了土体 的 破坏模 式， 研究 了管 一土相互作用试验 的尺 寸效应 ， 并得 到如 下结论 ： 土体 破坏模 式 可分 为深 埋和 浅埋 两种 破坏模式 ； 模 型箱下方和后方边界对试验结果 影响较小， 当深径 比大 于 ６时， 前方边界开始对试验结果 产生影
Ｏ 引 言
一
般采 用 模型 箱试 验 的方法 。如 Ｔ ｒ ａ ｕ ｔ ｍ ａ ｎ ｎ等 ｌ ８ ］ 和 Ａ ｕ ｄ ｉ ｂ ｅ ｒ ｔ 等ｌ ９ 分 别基 于各 自的模 型箱 进 行 了管 一 砂土 的 土弹簧 研 究 ， 得 到 了砂 土 的土 弹 簧参 数取 值方 法 。李立 云 等 在 Ｔ ｒ ａ ｕ ｔ ｍ ａ ｎ ｎ试 验 的基 础 上 利 用数 值方 法分 析 了管 土 相 互作 用 的影 响 因素 ， 提 出了大埋 深条 件 下砂 土极 限 承 载力 经 验公 式 ｌ 】 。 张海 丰对 管 土相 互 作 用 模 型 试 验 的设 计 进 行 了
讨论…
直 以来 ， 国 内外 学 者 对 生命 线 工 程 的研 究
十分 重视 。长 输 管道不 可避 免地 会 穿越一 些 不 良 地带 ． 地 震发 生 时这 些 地 区 的地 下 管道 的服 役 状 态会 相 当脆弱 ， 这 除 了导 致 极 大 的 经济 损 失 还 造
成 了严重 的次 生灾 害 ｌ Ｉ ］ 。强地 震对 埋 地 管道 破 坏 的方式 一般 有 两 种 ： 一 种 是 地震 波 产 生 的地 表 差动 造成 管道 接 口拉 坏 ： 另 一 种 是场 地 永 久 地 面
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７— ０ ３—１ ３
基金项 目： 国家 自然科 学基金资助项 目（５ １ ２ ７ ８ ０ １ ７ ， ５ １ ４ ２ １ ０ ０ ５ ）
作者简介 ： 李 立云 （ １ ９ ７ ３ 一） ， 男， 博士 ， 副教授 ， 主要从 事地震工程及岩土工程 防灾减灾 方面的研究 。
箜 鲞笙 塑
２ ０ １ ７年 ６月
防
灾
科
技
学
院
学
报
Ｖ０ １ ．１ ９． Ｎｏ． ２
Ｊ ．ｏ ｆ Ｉ ｎ ｓ百度文库ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｄｉ ｓ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ Ｐ ｒ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ７
管 一土 相 互 作 用模 型 试 验 的尺 寸效 应 及 可 靠性 分 析