岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (3): 691-699.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1143
叶智刚1, 2,王路君1, 3,朱斌1, 2, 3,黄家晟1, 2,徐文杰1, 2,陈云敏1, 2, 3
YE Zhi-gang1, 2, WANG Lu-jun1, 3, ZHU Bin1, 2, 3, HUANG Jia-sheng1, 2, XU Wen-jie1, 2, CHEN Yun-min1, 2, 3
摘要: 高温管道运输是海洋油气输送最常采用的方式之一,其中高温管道?地基相互作用机制是热屈曲可控设计的关键。管道温度变化不仅引起周围海床地基强烈的热水力耦合作用,还诱发孔隙水在温度梯度下发生迁移,表现出显著的热渗效应。基于OpenGeoSys有限元分析平台对高温管道与考虑热渗效应的饱和地基相互作用问题进行研究。基于质量方程和能量方程,推导了热渗效应影响因子理论表达式并提出了临界影响因子,界定了常见土?水参数下热渗系数临界值;通过OpenGeoSys分析平台二次开发嵌入热渗效应,建立了高温管道?饱和土相互作用模型,能够考虑管?土间的水热耦合作用和土体的热渗效应。通过与解析理论对比验证了所建模型的有效性,随后基于热渗影响因子和数值分析,探讨了热渗效应对管?土相互作用的影响程度,并详细分析了不同输油温度、不同初始埋深管道在运行期管周海床孔压和竖向位移的发展。结果表明:土体临界热渗系数为4.3×10?12 m2/(s·K),为实际工程中是否考虑热渗效应提供了评估依据;热渗效应对土体孔压峰值影响甚微但会引起显著的稳态负孔压,提出的热渗效应影响因子确定了该负孔压幅值与峰值的比例关系;管道运行中温度往往诱发土体弱化和负孔压对管道稳定产生不利影响,并随输油温度、3 D埋深内的增加而加强(D为管道直径),3 D以上埋深热渗效应的影响差异不显著。
中图分类号:
[1] | 刘樟荣, 叶为民, 崔玉军, 朱合华, 王琼, 陈永贵, . 基于微孔填充和毛细管凝聚理论的持水曲线模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1549-1556. |
[2] | 秦爱芳, 江良华, 许薇芳, 梅国雄, . 连续渗透边界下非饱和土竖井地基固结解析解[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1345-1354. |
[3] | 凌道盛, 赵天浩, 钮家军, 朱松, 单振东, . 混合非齐次边界下非饱和土一维固结解析解[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 883-891. |
[4] | 巴振宁, 刘世朋, 吴孟桃, 梁建文, . 饱和土中周期排列管桩对平面SV波 隔振的解析求解[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 627-637. |
[5] | 宋朝阳, 赵成刚, 韦昌富, 马田田, . 非饱和土平均粒间应力的计算及应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2665-2674. |
[6] | 杨志浩, 岳祖润, 冯怀平, . 非饱和粉土路基内水分迁移规律试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2241-2251. |
[7] | 陈昊, 胡小荣. 非饱和土三剪强度准则及验证[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2380-2388. |
[8] | 文伟, 赖远明, 尤哲敏, 李积锋, . 基于Pitzer离子模型的盐渍非饱和土孔隙 相对湿度计算[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1944-1952. |
[9] | 陶帅, 董毅, 韦昌富, . 环境湿度可控的土体小应变刚度试验系统[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2132-2142. |
[10] | 孙德安, 薛垚, 汪磊, . 变荷载作用下考虑半透水边界热传导性的 一维饱和土热固结特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1465-1473. |
[11] | 柳鸿博, 周凤玺, 岳国栋, 郝磊超. 非饱和土中热弹性波的传播特性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1613-1624. |
[12] | 孙银磊, 汤连生, 刘洁, . 非饱和土微观结构与粒间吸力的研究进展[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1095-1122. |
[13] | 李潇旋, 李涛, 李舰, 张涛. 循环荷载下非饱和结构性黏土的弹塑性双面模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1153-1160. |
[14] | 李华, 李同录, 江睿君, 范江文. 基于滤纸法的非饱和渗透性曲线测试[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 895-904. |
[15] | 程涛, 晏克勤, 胡仁杰, 郑俊杰, 张欢, 陈合龙, 江志杰, 刘强, . 非饱和土拟二维平面应变固结问题的解析计算方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 453-460. |
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