场地变形条件下埋地输液管道的力学响应及可靠性研究

As an important part of underground lifeline engineering, the damage of buried pipeline will affect society economy, environment and safety directly. Field deformation is one of important exterior factors for the damage of buried pipeline. Taking the buried liquid-conveying pipeline as an object, finite element model of buried liquid-conveying pipeline damage will be established under multi-coupling effects, which fields deformation would be considered, such as fault movement, nonuniform settlement of field, soil liquefying, and so on. Then distribution of stress and strain under all kinds of fields deformation will be analyzed. Experimental scheme to simulate fields deformation will be designed, then multi-groups mechanical property experiments will be done. Based on numerical simulation and experimental reseaches, mechanical response will be studied under multi-coupling effects, such as thermal-mechanical coupling, fluid structure coupling, pipe-soil interaction, and so on. A simple model of constitutive relationship of buried liquid-conveying pipeline damage under all kinds of fields deformation will be proposed. Based on ANN(artificial neural network), safety reliability evaluation method of buried pipeline will be discussed. This research will provide important theoretical basis for engineering design, construction, safety evaluation and prevention.

作为地下生命线工程的重要组成部分，埋地管道的破裂损伤直接影响到社会经济、环境与安全。场地变形是埋地管道破裂损伤的重要外部因素之一。本项目以埋地输液管道为对象，考虑断层错动、场地不均匀沉陷、土体液化等多种场地变形，基于有限元分析方法，建立综合考虑多种耦合因素作用下的埋地输液管道破坏的有限元整体模型，分析管道在各种场地变形条件下的应力分布及应变；设计场地变形室内模拟实验方案，进行多组管道力学性能试验；在数值模拟和试验研究的基础上，研究热力、（热）流固及管土相互作用等多种耦合因素下埋地输液管道的力学响应，提出多种场地变形条件下埋地输液管道损伤本构关系的简化模型；探讨基于BP人工神经网络模型的埋地管道安全可靠性评价方法。通过本研究，为埋地输液管道的工程设计、施工、安全评估和防护提供重要的理论依据。

作为地下生命线工程的重要组成部分，埋地管道的损伤直接影响着社会经济、环境与安全。场地变形是埋地管道损伤的重要外部因素之一。本项目考虑断层错动、场地不均匀沉陷、土体液化等多种场地变形，采用理论分析、数值模拟和室内试验相结合的方法，对埋地输液管道的力学反应和可靠性进行研究。主要包括：1）分析埋地管道损伤的影响因素，得出场地永久变形与管道自身及其内流体的相互作用是分析管道破裂机理的关键。2）基于有限元分析软件ADINA，建立埋地输液管道损伤的三维有限元整体模型，分析场地变形情况下的管道应力和应变，发现液化场地下，液化区与非液化区交界处和液化区中点处是两个危险位置，而且发现管径、液化土密度、液化区长度、地震加速度幅值越大，管道壁厚、埋深越小，管道的变形越大，破坏越严重；场地不均匀沉降时，管道在沉降交界面附近产生应力集中，带有弯管时，在沉降交界处和弯头处容易发生破坏；曲率半径较大的弯头，一定程度上会改善管道的应力状况。3）设计并实施多种场地变形条件下的埋地输液管道力学性能试验，结果表明，不同场地条件时，管道受力和变形与管道所处区域有关；场地条件耦合时，管道受力和变形增大而且复杂；管道接头位置的不同影响了整个管道系统的受力和变形；带分支的管网与不带分支管网在场地不均匀沉降时受力不同，分支位置不同受力不同，管内流体的内压对管网应变特性有影响；往复荷载作用下管网更易破坏。4）在数值模拟和试验研究的基础上，基于应变准则，提出多种场地变形条件下埋地输液管道损伤本构关系的简化模型，并得以验证。并研究了多点地震输入对埋地管道地震动力响应的影响。5）基于BP人工神经网络方法，并结合Monte-Carlo法，基于应力准则建立了埋地管道失效概率模型，对埋地输液管道的安全可靠性进行评价。通过本研究，为埋地输液管道的工程设计、施工、安全评估和防护提供重要的理论依据。