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

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

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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