岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1309-1320.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0705

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荷载作用下砂土边坡-管道相互作用试验研究

喻文昭1,朱鸿鹄1,王德洋1,谢天铖1,裴华富2,施斌1   

  1. 1. 南京大学 地球科学与工程学院,江苏 南京 210023; 2. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024
  • 收稿日期:2023-06-01 接受日期:2023-08-07 出版日期:2024-05-11 发布日期:2024-05-07
  • 通讯作者: 朱鸿鹄,男,1979年生,博士,教授,博士生导师,主要从事地质工程、岩土力学方面的教学和研究工作。E-mail: zhh@nju.edu.cn
  • 作者简介:喻文昭,女,1999年生,硕士研究生,主要从事埋地管道光纤监测方面的研究。E-mail: yuwenzhao@smail.nju.edu.cn
  • 基金资助:
    国家杰出青年科学基金项目(No. 42225702);国家自然科学基金面上项目(No. 42077235);江苏省研究生科研创新计划项目(No. KYCX22_ 0162)。

Experimental study of sandy slope-pipe interaction under loading

YU Wen-zhao1, ZHU Hong-hu1, WANG De-yang1, XIE Tian-cheng1, PEI Hua-fu2, SHI Bin1   

  1. 1. School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing, Jiangsu 210023, China; 2. State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China
  • Received:2023-06-01 Accepted:2023-08-07 Online:2024-05-11 Published:2024-05-07
  • Supported by:
    This work was supported by the National Science Fund for Distinguished Young Scholars of China (42225702), the General Project of National Natural Science Foundation of China (42077235) and the Postgraduate Research & Practice Innovation Program of Jiangsu Province (KYCX22_0162).

摘要: 随着我国西气东输、南水北调等重大工程的快速推进,埋地管道不可避免地会穿越高陡山区,并受到区域地形地貌的影响,而关于边坡-管道相互作用机制的认识还相对滞后,相关研究亟需加强。基于分布式光纤应变传感(distributed strain sensing,简称DSS)、粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术,开展加载工况下砂土边坡-管道相互作用的室内模型试验,探究了临坡地基极限承载力的影响因素,并研究了不同坡角下边坡土体变形破坏机制及埋地管道的结构响应特征。研究结果表明:(1)临坡地基经历了弹性压密、局部剪切和整体破坏3个阶段,并呈现不对称楔形破坏模式;(2)临坡地基极限承载力随着坡角的增大呈减小趋势,同一坡角下埋地管道的存在会降低临坡地基极限承载力;(3)管道对边坡滑裂面形成路径的影响程度随着坡角的增大而变大;(4)在荷载作用下埋地管道横截面环向应变呈“椭圆化”分布,据此提出了管周界面土抗力的简化计算模型与椭圆度计算式。相关结论对边坡-管道系统的变形控制与结构设计有一定的参考和借鉴意义。

关键词: 埋地管道, 光频域反射(OFDR), 边坡-管道相互作用, 土抗力, 模型试验

Abstract: With the rapid development of key projects in China, such as West-to-East Gas Transmission and South-to-North Water Diversion, buried pipelines will inevitably pass through the mountainous area and are affected by regional topography and landforms. However, the interaction mechanism between slope and pipelines is still relatively unclear. In this study, the model tests on sandy slope-pipe interaction under loading are carried out in laboratory based on distributed strain sensing (DSS) and particle image velocimetry (PIV) technologies. The factors influencing the bearing capacity of the foundation are investigated. The failure characteristics of the slope and the structural responses of the buried pipeline are also explored. The research results show that: (1) The slope foundation has undergone three stages: elastic compaction, local shear and overall destruction. The foundation shows asymmetrical wedge-shaped failure pattern. (2) With the increase in slope angle, the ultimate bearing capacity of the foundation decreases. Under the same slope angle, the presence of pipeline reduces the ultimate bearing capacity of the slope foundation. (3) With the increase in slope angle, the influence of the pipeline on the slope failure mechanism increases. (4) Under the loading of the slope, the circumferential strain in the cross-section of the buried pipe is “elliptically” distributed, and an ellipticity calculation formula and a simplified calculation model of the soil resistance around the pipe circumference are proposed. This study can provide a reference for the deformation control and structural design of buried pipelines in sandy slopes.

Key words: buried pipeline, optical frequency domain reflectometry (OFDR), slope-pipe interaction, soil resistance, model test

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[1] 冷伍明, 丁荣锋, 杨奇, 陈琛, 邓煜晨, 徐方, 阮波, . 粗糙度对单桩竖向承载变形特性影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1597-1607.
[2] 胡伟, 李砥柱, 林志, 冯世进, 黄勇祥, . 双锚片螺旋锚倾斜拉拔承载特性与承载力计算方法研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1661-1674.
[3] 周攀, 李镜培, 李盼盼, 刘耕云, 张超哲, . 基于界面本构模型的砂土中单桩荷载−沉降响应预测方法[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1686-1698.
[4] 肖明清, 徐晨, 崔岚, 盛谦, 陈健, 谢壁婷, 晏庆明. 基于总安全系数法的系统锚杆支护承载能力试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1743-1754.
[5] 刘秀敏, 范凯, 王月, 王文中, 陈从新, . 陡倾结构金属矿山岩移规律的模型试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(5): 1412-1422.
[6] 陈磊, 张强, 贾朝军, 雷明锋, 黄娟, 胡晶, . 强降雨对库岸堆积体边坡稳定性影响的离心模型试验和数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(5): 1423-1434.
[7] 熊根, 付栋康, 朱斌, 赖莹, . 软黏土中吸力锚承载特性离心试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(5): 1472-1480.
[8] 张冬梅, 张学亮, 杜伟伟, . 基于离散单元法的渗流侵蚀作用下桩基位移与承载特性研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(4): 1181-1189.
[9] 蒋济泽, 王成龙, 黄煜镔, 赵华, 陈志雄, . 竖向和水平组合荷载下能量桩单桩变形特性[J]. 岩土力学, 2024, 45(3): 788-796.
[10] 朱姝, 阙相成, 朱珍德, 朱其志, . 考虑截面规则性的柱状节理岩体变形及强度特性研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(1): 213-225.
[11] 王斌, 李洁涛, 王佳俊, 陈鹏林, . 强降雨诱发堆积体滑坡模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 234-248.
[12] 杨凯丞, 吴曙光, 廖海成, 张辉, . 双锚杆受力机制分析及模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 495-503.
[13] 银吉超, 白晓宇, 张亚妹, 闫楠, 王永洪, 张明义, . 一种模拟原状泥岩动力打桩与静载试验 装置的研制及应用[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 698-710.
[14] 邹维列, 樊科伟, 张攀, 韩仲, . 土工泡沫减压膨胀土挡墙侧向压力及影响因素分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2537-2544.
[15] 刘欣, 沈宇鹏, 刘志坚, 王炳禄, 刘越, 韩昀希. 地下水流速对地铁联络通道冻结壁形成过程影响的模型试验[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2667-2678.
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[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .