›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (4): 1164-1170.doi: 10.16285/j.rsm.2017.04.030

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不均匀土体位移引起地下管线弯曲变形研究

史江伟1,陈 丽2   

  1. 1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098;2. 镇江新区建设工程质量中心试验室,江苏 镇江 212132
  • 收稿日期:2016-07-07 出版日期:2017-04-11 发布日期:2018-06-05
  • 作者简介:史江伟,男,1984年生,博士研究生,主要从事土-结构相互作用方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. 51608170);江苏省自然科学基金(No. BK20160863);中国博士后科学基金(No. 2016M601709);江苏博士后科研资助计划(No. 1601074C);中央高校基本科研业务费项目(No. 2015B29414)。

Investigation of bending deformation of underground pipelines induced by differential ground movements

SHI Jiang-wei1, CHEN Li2   

  1. 1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 2. Laboratory of Quality Control of Engineering Projects in Zhenjiang New District, Zhenjiang, Jiangsu 212132, China
  • Received:2016-07-07 Online:2017-04-11 Published:2018-06-05
  • Supported by:

    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51608170), the Natural Science Foundation of Jiangsu Province (BK20160863), the China Postdoctoral Science Foundation (2016M601709), the Jiangsu Provincial Postdoctoral Science Foundation (1601074C) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2015B29414).

摘要: 隧道开挖和管线置换引起的应力变化将不可避免地导致土体位移,进而对上覆既有管线产生诸多的不利影响。国内外学者对管-土相互作用开展了大量的研究,但用于预估隧道开挖和管线置换引起既有管线弯曲变形的简单并且有效的设计图表尚未提出。采用ABAQUS商业软件,对隧道-土-管线、管线置换-土-管线间的相互作用开展系统的有限元仿真模拟。通过采用管线不同运动方向下的等效管-土相对刚度,提出了隧道开挖和管线置换引起的管线弯曲变形的设计图表,并采用现场实测数据和离心模型试验结果验证此设计图表的合理性。设计图表中的管线最大弯曲曲率与土体最大曲率的比值和管-土相对刚度具有非常好的相关性。工程师一旦得到隧道开挖或管线置换引起的土体位移、管线尺寸、管线参数和土体参数,此设计图表可用来预测隧道开挖或管线置换引起既有管线的最大弯曲曲率。

关键词: 不均匀土体位移, 地下管线, 弯曲变形, 设计图表

Abstract: Stress changes induced by tunnel excavation and static pipe bursting inevitably lead to soil movements, and cause adverse effects on existing pipelines. Although the pipe-soil interaction has attracted increasing research attention worldwide, a simplified design code has not been developed to directly estimate bending strains of existing pipelines due to tunnel excavation and static pipe bursting. In this study, we use the commercial software of ABAQUS to systemically simulate the tunnel-soil-pipeline and pipe bursting-soil-pipeline interactions, and develop a single dimensionless plot for calculating bending strains of existing pipelines due to static pipe bursting and tunneling by using equivalent soil-pipe stiffness. Results of field monitoring and centrifuge tests are adopted to verify the proposed dimensionless plot. The ratio of the maximum pipeline curvature to the maximum ground curvature correlates well with the proposed equivalent subgrade soil stiffness. By given the ground displacement profile, pipe dimension, pipe material properties, and soil properties, engineers can apply the proposed dimensionless plot to directly estimate maximum pipeline curvature and/or strains due to tunneling and pipe bursting.

Key words: differential ground movements, underground pipelines, bending deformation, calculation chart

中图分类号: 

  • TU 433

[1] 魏 纲,林 雄,金 睿,丁 智,. 双线盾构施工时邻近地下管线安全性判别[J]. , 2018, 39(1): 181-190.
[2] 黄晓康,卢坤林,朱大勇, . 盾构施工对不同位置地下管线变形的影响模拟试验研究[J]. , 2017, 38(S1): 123-130.
[3] 闫孔明,张建经,王志佳,廖蔚茗,吴祚菊,. 非一致激励下地下管线振动台试验研究[J]. , 2017, 38(9): 2621-2628.
[4] 朱叶艇,张 桓,张子新,黄 昕,刘 宽,. 盾构隧道推进对邻近地下管线影响的物理模型试验研究[J]. , 2016, 37(S2): 151-160.
[5] 张建成 ,贾金青 ,涂兵雄 ,何慧荣,. 两种强度准则在Cosserat扩展模型弯曲变形中的应用[J]. , 2016, 37(1): 279-286.
[6] 龚晓南 ,孙中菊 ,俞建霖 , . 地面超载引起邻近埋地管道的位移分析[J]. , 2015, 36(2): 305-310.
[7] 刘晓强 ,梁发云 ,张 浩 ,褚 峰,. 隧道穿越引起地下管线竖向位移的能量变分分析方法[J]. , 2014, 35(S2): 217-222.
[8] 魏 纲 ,洪 杰 ,魏新江 . 双圆盾构施工引起邻近地下管线附加荷载的分析[J]. , 2012, 33(6): 1735-1741.
[9] 徐慧峰,钱彦岭,邱 静,谢迪波. 地下管线弹性波探测波场的建模与分析[J]. , 2010, 31(5): 1651-1656.
[10] 王 亮,谢 健,朱 伟. 平行于水平面表面渗流对生态边坡中客土稳定性影响研究[J]. , 2009, 30(8): 2271-2275.
[11] 魏 纲,朱 奎. 顶管施工对邻近地下管线的影响预测分析[J]. , 2009, 30(3): 825-831.
[12] 王 亮,杨俊杰,刘 强,贾永刚,单红仙,孙田磊 . 表面渗流对生态边坡中客土稳定性影响研究[J]. , 2008, 29(6): 1440-1445.
[13] 赵同彬 ,谭云亮 ,马洪岭,. 坚硬顶板采场采空区岩层离层遥测研究[J]. , 2006, 27(S1): 381-384.
[14] 刘 斌 ,李文峰 ,李术才,. 探地雷达探测地下管线机理研究及实例分析[J]. , 2006, 27(S1): 459-463.
[15] 王 涛 ,魏 纲 ,徐日庆,. 隧道开挖对邻近地下管线的影响预测分析[J]. , 2006, 27(S1): 483-486.
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