【摘 要】
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近年来,随着我国日益增长的能源需求和国家战略发展需要,我国实施了中亚、中-俄、中-缅、海上LNG四大油气能源进口通道,以及西气东输、川气东送等国内天然气基干管网的建设,支撑着我国油气的多元供应。埋地管道作为石油、天然气长途运输的主要方式,所跨地域广泛,其沿线复杂的地质环境往往使得管道不可避免的遭受各种地质灾害的威胁,大量震害资料表明,地震断层运动是造成埋地管道失效破坏的主要因素。因此,进行跨活动断
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近年来,随着我国日益增长的能源需求和国家战略发展需要,我国实施了中亚、中-俄、中-缅、海上LNG四大油气能源进口通道,以及西气东输、川气东送等国内天然气基干管网的建设,支撑着我国油气的多元供应。埋地管道作为石油、天然气长途运输的主要方式,所跨地域广泛,其沿线复杂的地质环境往往使得管道不可避免的遭受各种地质灾害的威胁,大量震害资料表明,地震断层运动是造成埋地管道失效破坏的主要因素。因此,进行跨活动断层埋地长输油气管道抗震安全设计意义重大。本文基于西气东输二线管道工程背景和非线性有限元方法,开展了三维斜逆断层位错作用下埋地X80输气钢管的失效模式研究,主要研究内容及成果如下:1、应用ABAQUS有限元分析软件,以斜逆断层为研究对象,考虑土体模型中下伏岩层的存在以及断层位错过程中管土的材料、几何、状态非线性,建立了壳单元-等效边界弹簧-实体单元-非线性接触模型相混合的跨斜逆断层埋地X80钢管三维多重非线性有限元数值分析模型;根据管道性能、土体场地条件及断层运动特征,设置了合理的边界条件,施加了贴近实际工况的力学载荷,且考虑到断层错动的位移载荷加载方式,基于工程地质实录统计和假设推导了三维斜逆断层运动各垂直位移分量间的关系。2、基于长输埋地管道应变设计准则,探讨了斜逆断层位移作用下埋地X80钢管的五种常见失效模式及其行为特征;根据西气东输二线工程参数,获取了局部屈曲、拉伸断裂、截面椭圆化三种失效模式下X80钢管应变演变规律,分析了断层类型、下伏岩层、断层倾角、位移、管道径厚比、埋深和内压对管道失效模式及其行为特征的影响;基于埋地管道失效判定准则,获取了不同失效模式下管道的临界断层位移值,并进一步讨论了不同失效模式间的转换关系,为跨断层埋地管道失效分析和安全设计提供了参考。3、针对埋地管道五种失效模式中破坏最严重、最容易发生的局部屈曲失效,系统分析了斜逆断层位移作用下埋地X80钢管局部屈曲失效的变形特征、管道轴向应变演变规律、潜在破坏位置及失效范围,并创造性地提出了“刚性域”的概念;参考西气东输二线实际工况,系统分析了断层位移、倾角、管道径厚比、埋深和内压对管道局部屈曲失效范围的影响,并对1800组有限元算例数值结果进行了回归分析,推导并验证了斜逆断层位移作用下埋地X80钢管“刚性域”半经验预测公式,为跨断层埋地管道局部屈曲失效范围预测提供了一定参考。
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