采動沉陷影響下埋地管道與土相互作用及力學響應研究.pdf

1、我國管道運輸的快速發(fā)展和煤礦開采沉陷區(qū)的持續(xù)擴大，越來越多的埋地管道將受到采動沉陷影響，因此，煤礦開采影響下埋地管道的安全正常運營成為管道工程中亟待解決的難題。沉陷土體中管-土相互作用機制及其力學響應研究是埋地管道安全評定的基礎，對埋地管道的安全性預測具有重要意義。本文綜合運用試驗研究、理論分析及數值模擬等方法與手段，對采動沉陷土體中的管-土相互作用機制及埋地管道的力學響應進行了系統(tǒng)研究，取得了如下創(chuàng)新性成果：
　?。?）自行研制

2、了用于沉陷土體中管-土相互作用研究的專用試驗系統(tǒng)，主要包括：模型制作系統(tǒng)、沉陷土體的變形控制系統(tǒng)、土體及埋地管道的變形監(jiān)測系統(tǒng)、管周土體壓力及管道應變監(jiān)測系統(tǒng)等。試驗系統(tǒng)可實現不同開采沉陷方式、不同管-土力學參數條件下土體及埋地管道的應力及變形分布規(guī)律測試，為沉陷土體中管-土相互作用機制研究提供依據。
　　（2）借助于研制的沉陷土體中管-土相互作用專用試驗系統(tǒng)，對不同土體沉陷過程中的管-土下沉變形、管周土壓力、管道軸向應變及管上側

3、土體的變形進行了測定，得到了管-土下沉變形、管周土壓力及管道應變分布規(guī)律，揭示了沉陷過程中的管-土變形協(xié)同關系、管周體土體破壞及管周約束力分布特征。
　?。?）建立了土體沉陷過程中埋地管道力學響應分析的數值模型，模擬并分析了土體沉陷過程中管-土變形協(xié)同關系及管道附加軸向應力的分布特征，分析得到了沉陷過程中管道埋深、土體力學參數對埋地管道力學響應的影響規(guī)律。
　　（4）基于概率積分法，分析得到了工作面開采過程中管道沿線的沉陷變

4、形規(guī)律，并給出了相應的沉陷變形預計公式，建立了采動沉陷中的管-土協(xié)同變形條件。基于采動沉陷中的管-土變形關系，建立了管-土協(xié)同和非協(xié)同變形階段的力學分析模型，分析給出了埋地管道附加應力的計算公式，并編制了采動沉陷中埋地管道力學響應的分析程序。
　?。?）針對某煤礦工作面的采礦地質條件，采用相似模擬試驗方法預測了該工作面開采引起的地表變形及埋地管道沿線變形規(guī)律。分析得到了開采沉陷影響下埋地管道的應力分布規(guī)律，并對埋地管道的安全性進行