[1]李乔楚,杨瀚匀.土体塌陷作用下埋地管道力学分析研究现状[J].焊管,2022,45(7):12-18,31.[doi:10.19291/j.cnki.1001-3938.2022.07.003]
　LI Qiaochu,YANG Hanyun.Research Status of Mechanical Analysis of Buried Pipeline under Soil Collapse[J].,2022,45(7):12-18,31.[doi:10.19291/j.cnki.1001-3938.2022.07.003]
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土体塌陷作用下埋地管道力学分析研究现状()
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《焊管》[ISSN:1001-3938/CN:61-1160/TE]

卷:
45
期数:
2022年第7期
页码:
12-18,31
栏目:
试验与研究
出版日期:
2022-07-28

文章信息/Info

Title:
Research Status of Mechanical Analysis of Buried Pipeline under Soil Collapse
文章编号:
10.19291/j.cnki.1001-3938.2022.07.003
作者:
李乔楚; 杨瀚匀
1.西南石油大学 经济管理学院，成都 610500；2.西南石油大学 法学院，成都 610500
Author(s):
LI Qiaochu; YANG Hanyun
1.School of Economics and Management，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.Law School，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China
关键词:
土体塌陷; 天然气管道; 管土作用; 力学响应; 研究方法
Keywords:
soil collapse; natural gas pipeline; pipe-soil interaction; mechanical response; research method
分类号:
TG113.25
DOI:
10.19291/j.cnki.1001-3938.2022.07.003
文献标志码:
A
摘要:
土体塌陷是危害天然气管道安全运行的地质灾害之一，在研究土体塌陷对埋地天然气管道的作用机理以来，各种研究方法和模型都有着不同的优点与缺陷。在调研、分析大量国内外相关研究的基础上，以塌陷区埋地天然气管道为对象，对土体塌陷作用下管道力学响应的研究方法进行对比分析。研究结果表明：理论解析研究具有概念简单、计算方便、便于工程应用等优点，但其通常对管土参数及边界条件进行假设或简化，因此计算结果的可靠性还需进一步验证；数值模拟研究弥补了理论解析法无法解决复杂非线性问题的不足，同时避免了苛刻试验条件造成的研究难度，但对于单元生死技术的应用以及岩溶塌陷等特殊地质灾害的研究有待进一步完善；现有试验分析研究主要集中在非金属管道上，但其在塌陷模式、土体性质、管道敷设等方面仍与实际工况存在一定差异，且在全尺寸模型试验等领域还需进一步研究。
Abstract:
Soil collapse is one of the geological disasters that endanger the safe operation of natural gas pipelines.Since the mechanism of soil collapse on buried natural gas pipelines was studied，various research methods and models have different advantages and disadvantages.Based on the investigation and analysis of a large number of domestic and foreign related studies，taking the buried natural gas pipeline in the collapse area as the object，different research methods for mechanical response of pipelines under soil collapse are compared and analyzed.The results show that theoretical analysis has the advantages of simple concept，convenient calculation and convenient engineering application，but it usually assumes or simplifies the pipe，soil parameters and boundary conditions，so the reliability of calculation results needs further verification.The numerical simulation research makes up for the deficiency that the theoretical analysis method can not solve the complex nonlinear problems，and avoids the research difficulty caused by harsh experimental conditions.However，the application of element birth and death technique and the research on special geological disasters such as karst collapse need to be further improved.The existing experimental research mainly focuses on non-metallic pipelines，but it still has some differences from the actual working conditions in terms of collapse mode，soil properties，pipeline laying，etc.，and further research isneeded in the full-scale model test.

参考文献/References:

[1]王红菊，祝悫智，张延萍.全球油气管道建设概况[J].油气储运，2015，34（1）：15-18.[2]ZHANG J，LIANG Z，HAN C J.Numerical modeling of mechanical behavior for buried steel pipelines crossing subsidence strata[J].Plos One，2015，10（6）：e0130459.[3]WINKELER E.Die lehre von der elastizitat and festigkeit （The theory of elasticity and stiffness）[M].1st edition.Prague：H.Dominicus，1867.[4]LEONID K，ALEXANDR L，ALINA L.Application of numerical methods for the calculation of core structural elements with the discrete nature of rigidities，Winkler coefficients and detachment of the elastic supports foundation[J].Metallurgical & Mining Industry，2015，7（6）：548-555.[5]高田至郎.土沉陷时聚氯乙烯管道力学性能的实验研究[M]//侯忠良.地下管线抗震.北京：学术书刊出版社，1990：204-214.[6]高惠瑛，冯启民.场地沉陷埋地管道反应分析方法[J].地震工程与工程振动，1997（1）：69-76.[7]关惠平，姚安林，谢飞鸿，等.采空塌陷区管道最大轴向应力计算及统计分析[J].天然气工业，2009，29（11）：100-103，147-148.[8]徐平.采动沉陷影响下埋地管道与土相互作用及力学响应研究[D].徐州：中国矿业大学，2015.[9]LUO Y，PENG S S，CHEN H J.Protection of pipelines affected by surface subsidence[J].Transactions of Society for Mining，Metallurgy and Exploration，Inc.，1998（302）：98-103.[10]LIMURA S.Simplified mechnical model for evaluating stress in pipeline subject to settlement[J].Construction and Building Materials，2004，18（6）：469-479.[11]王小龙，姚安林.埋地钢管局部悬空的挠度和内力分析[J].工程力学，2008，25（8）：218-222.[12]王小龙，姚安林，沈小伟，等.埋地油气管道局部悬空的强度和稳定性验算[J].油气田地面工程，2008（1）：21-24.[13]尚尔京，于永南.地层塌陷区段埋地管道变形与应力分析[J].西安石油大学学报（自然科学版），2009，24（4）：46-49.[14]陈阿锋，余绍锋.地基沉降引起柔性管道的内力和变形[J].山西建筑，2009，35（6）：1-2.[15]王晓霖，帅健，张建强.开采沉陷区埋地管道力学反应分析[J].岩土力学，2011，32（11）：3373-3378，3386.[16]魏孔瑞，姚安林，张照旭，等.埋地油气管道悬空沉降变形失效评估方法研究[J].中国安全科学学报，2014，24（6）：68-73.[17]KOURETZIS G P，KARAMITROS D K，SLOAN S W.Analysis of buried pipelines subjected to ground surface settlement and heave[J].Canadian Geotechnical Journal，2015，52（8）：1058-1071.[18]魏威.采空区输气管道弹性变形分析[J].矿产与地质，2016，30（5）：833-836.[19]SARVANIS G C，KARAMANO S A.Analytical model for the strain analysis of continuous buried pipelines in geohazard areas[J].Engineering Structures，2017（152）：57-69.[20]丁庆鹏.场地沉降条件下埋地输液管道损伤的简化模型研究[D].唐山：华北理工大学，2017.[21]许利惟，刘旭，陈福全.塌陷作用下埋地悬空管道的力学响应分析[J].工程力学，2018，35（12）：212-219，228.[22]曹正正，郭帅房，徐平，等.采动影响下浅埋输气管道与土体耦合作用机理[J].西南石油大学学报（自然科学版），2018，40（6）：139-147.[23]ZHOU M，DU Y J，WANG F.Full-scale field tests on soil arching triggered during construction of shallowly buried HDPE pipes[J].Geotechnical Engineering，2015，46（3）：89-93.[24]彭善碧，廖文，徐明军，等.滑坡对埋地天然气管道的作用机理分析[J].中国地质灾害与防治学报，2019，30（6）：59-67.[25]由小川，庄茁，张效羽，等.高压天然气管线在地质灾害下的失效分析[J].天然气工业，1999，19（4）：90-94.[26]LIMY M，KIM MK，KIMTW，et al.The behavior analysis of buried pipeline：Considering longitudinal permanent ground deformation[C]//American Society of Civil Engineers Pipeline Division Specialty Conference 2001.San Diego，California，United States：[s.n.]，2001：1-11.[27]KOOKAVESSIS N K，ANAGNOSTIDIS G S.Finite element modeling of buried pipelines subjected to seismic loads：soil structure interaction using contact elements[C]//ASME 2006 Pressure Vessels and Piping/ICPVT-11 Conference.Vancouver，BC，Canada：ASME，2006：119-125.[28]史永霞.埋地管线在沉陷情况下的响应分析[D].大连：大连理工大学，2007.[29]金浏，王苏，杜修力.场地沉陷作用下埋地管道屈曲反应分析[J].世界地震工程，2011，27（2）：142-147.[30]韩冰，王芝银，吴张中，等.基于应变理论在采空区管道失效分析中的应用[J].中国石油大学学报（自然科学版），2012，36（4）：134-138，148.[31]李丽.采空沉降对长输管道应力变形影响研究[D].北京：北京交通大学，2013.[32]康乐，姚安林，关惠平，等.急倾斜煤层采空区地表移动盆地对油气管道安全影响分析[J].中国安全生产科学技术，2013，9（9）：102-106.[33]巨玉文，吴际渊，贺武斌，等.地面塌陷对城市地埋管线影响的试验研究及数值分析[J].太原理工大学学报，2015，46（1）：64-68.[34]武立伟.埋地管道极限悬空长度研究[D].西安：西安石油大学，2015.[35]杨朝娜.地基塌陷过程中埋地管线的有限元分析[D].太原：太原理工大学，2015.[36]LUO X，LU S，SHI J，et al.Numerical simulation of strength failure of buried polyethylene pipe under foundation settlement[J].Engineering Failure Analysis，2015，48（1）：144-152.[37]夏梦莹，张宏.基于应变准则的采空暗悬管道的安全性评价[J].油气储运，2016，35（11）：1159-1163.[38]ZHANG J，LIANG Z.Mechanical behaviour analysis of buried pressure pipeline crossing ground settlement zone[J].The International Journal of Pavement Engineering，2017，18（7）：608-621.[39]游东潘.广西某岩溶塌陷区天然气管道应力分析研究[D].成都：西南石油大学，2018.[40]罗利，马燕，张永军，等.地基沉降作用下埋地聚乙烯管强度失效的数值模拟[J].建筑材料学报，2020，23（2）：473-478.[41]李乔楚，何沙.基于单元生死技术的岩溶区域PE管道应力分析[J].应用力学学报，2021，38（4）：1512-1522.[42]周敏.土体沉降和塌陷引起地下管道变形破坏的试验模拟研究[D].太原：太原理工大学，2013.[43]CHEN Z L，HE W B，BAI X H.Taiyuan underground pipeline testing and analysis of deformation and failure[J].Applied Mechanics and Materials，2013（275-277）：1514-1517.[44]WANG F，DU Y J，YANG X.Physical modeling on ground responses to tunneling in sand considering the existence of HDPE pipes[J].Geotechnical Testing Journal，2015，38（1）：85-97.[45]ZHOU M，WANG F，DU Y J，et al.Laboratory evaluation of buried high-density polyethylene pipes subjected to localized ground subsidence[J].Acta Geotechnica，2019，14（4）：1081-1099.[46]杨成武.复杂荷载作用下埋地聚乙烯压力管道的变形特征试验研究[D].成都：西南交通大学，2018.[47]The American Society of Civil Engineers.Guidelines for the seismic design of oil and gas pipeline systems[Z].New York：American Society of Civil Engineers，1984.[48]American Lifeline Alliance.Guidelines for the design of buried steel pipe[Z].Washington D.C.：American Society of Civil Engineers，2001.

相似文献/References:

[1]李为卫,王晓江.天然气输送钢管标准仍需考虑的几个技术问题[J].焊管,2012,35(12):57.[doi:００１－３９３８（２０１２）12-0057-05]
　LI Weiwei,WANG Xiaojiang.Several Technical Problems of Natural Gas Pipeline Steel Pipe’s Standard[J].,2012,35(7):57.[doi:００１－３９３８（２０１２）12-0057-05]
[2]牛 辉,张 君,赵红波,等.X70抗大变形钢管研发及批量生产[J].焊管,2013,36(6):26.[doi:１００１－３９３８（２０１3）06-0026-06]
　NIU Hui,ZHANG Jun,ZHAO Hongbo,et al.Research & Development and Mass Production of X70 Grade Welded Pipe with Large Deformation Resistance[J].,2013,36(7):26.[doi:１００１－３９３８（２０１3）06-0026-06]
[3]李 根,李相蓉.在役天然气管道缺陷安全评定及有限元分析[J].焊管,2014,37(8):16.[doi:１００１－３９３８（２０１4）08-0016-04]
　LI Gen,LI Xiangrong.Defects Assessment for Gas Pipeline in Service and Finite Element Analysis[J].,2014,37(7):16.[doi:１００１－３９３８（２０１4）08-0016-04]
[4]李 根,李相蓉.凹陷缺陷对输气管道强度的影响[J].焊管,2015,38(10 ):53.[doi:１００１－３９３８（２０１5）10-0053-04]
　LI Gen,LI Xiangrong.Effects of Sunken Defects on the Strength of Gas Pipeline[J].,2015,38(7):53.[doi:１００１－３９３８（２０１5）10-0053-04]
[5]王 珂,等.在役输气管道分层缺陷无损检测及安全评价[J].焊管,2016,39(7):65.[doi:10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.07.015]
　WANG Ke,LUO Jinheng,et al.Non-destructive Inspection and Safety Evaluation for Lamination Defect of Gas Transportation Pipeline on Service[J].,2016,39(7):65.[doi:10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.07.015]
[6]蒋浩泽,等.天然气管道用埋弧焊钢管焊缝无损检测对标分析[J].焊管,2018,41(10):55.[doi:10.19291/j.cnki.1001-3938.2018.10.012]
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备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2021-12-23基金项目：四川省社会科学研究“十三五”规划基地项目“四川省能源系统低碳转型的驱动因素及政策研究”（项目编号SC20EZD062）；四川省科技计划项目“四川页岩气产业发展质量综合监测与评价技术研究与应用示范”（项目编号2020YFG0145）。作者简介：李乔楚 （1995—），男，汉族，博士研究生，现主要从事石油工程管理方向的研究工作。
更新日期/Last Update: 2022-07-29