采動沉陷影響下埋地管道與土相互作用及力學(xué)響應(yīng)研究.pdf

1、我國管道運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展和煤礦開采沉陷區(qū)的持續(xù)擴(kuò)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(yùn)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(jī)制及其力學(xué)響應(yīng)研究是埋地管道安全評定的基礎(chǔ)，對埋地管道的安全性預(yù)測具有重要意義。本文綜合運(yùn)用試驗研究、理論分析及數(shù)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(jī)制及埋地管道的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)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(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)等。試驗系統(tǒng)可實現(xiàn)不同開采沉陷方式、不同管-土力學(xué)參數(shù)條件下土體及埋地管道的應(yīng)力及變形分布規(guī)律測試，為沉陷土體中管-土相互作用機(jī)制研究提供依據(jù)。
　?。?）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(yīng)變及管上側(cè)

3、土體的變形進(jìn)行了測定，得到了管-土下沉變形、管周土壓力及管道應(yīng)變分布規(guī)律，揭示了沉陷過程中的管-土變形協(xié)同關(guān)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(xué)響應(yīng)分析的數(shù)值模型，模擬并分析了土體沉陷過程中管-土變形協(xié)同關(guān)系及管道附加軸向應(yīng)力的分布特征，分析得到了沉陷過程中管道埋深、土體力學(xué)參數(shù)對埋地管道力學(xué)響應(yīng)的影響規(guī)律。
　?。?）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(yīng)的沉陷變形預(yù)計公式，建立了采動沉陷中的管-土協(xié)同變形條件?；诓蓜映料葜械墓?土變形關(guān)系，建立了管-土協(xié)同和非協(xié)同變形階段的力學(xué)分析模型，分析給出了埋地管道附加應(yīng)力的計算公式，并編制了采動沉陷中埋地管道力學(xué)響應(yīng)的分析程序。
　　（5）針對某煤礦工作面的采礦地質(zhì)條件，采用相似模擬試驗方法預(yù)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(yīng)力分布規(guī)律，并對埋地管道的安全性進(jìn)行