地下排水管道泄漏对地面塌陷的影响研究

摘要

地下管道是保证城市正常运转最重要的基础设施，给人类的生活带来了很大的便利。管道运输被公认为是世界上传输能量的最为安全和经济的方法。尤其是在城市中，管道已成为保证城市安全、正常运行的地下生命线。然而，在庞大的地下管网中，却存在很多安全隐患，地下管道的事故类型从大的方面可以分为两种，一种是由于地下管道中的高温介质在流动中产生的热效应对周围环境产生不良影响；另一类是管道由于管材、管道工艺等的缺陷，或者天气、地质和人为损坏的原因，而发生管道泄漏，从而导致地下土体的力学性能变化进而影响到管土结构的正常运行。其中排水管道泄漏导致的地面塌陷事故很具有代表性，排水管道破裂后会在管道周围形成渗流场，渗流场在与周围土体的耦合作用下，会导致土体力学性能的变化，形成土水混合的“地下水囊”，一旦受到地面或者地下施工的影响，就会发生地面坍塌的事故，不仅增加了生产成本，还有可能导致人员伤亡。因而非常有必要对这排水管道泄漏这一问题进行深入研究，并采取相应措施，防止工程事故的发生。
　　 针对排水管道泄漏引发地面坍塌的问题，本文利用有限元软件对其进行了数值模拟计算，利用得到的结论可以及时发现管道泄漏事故的发生和便于对管道泄漏点进行探测，从而保证地面施工的安全进行。本文具体研究了以下几个方面：
　　 首先，介绍了地下管道泄漏和地面坍塌的相关知识，分析了管道泄漏和地面坍塌的主要原因和特点；
　　 其次，介绍了渗流和土体本构模型的理论基础，提出了判断土体稳定性的判定依据，证明了用ANSYS软件的热--结构耦合模块模拟渗流场对土体力学性能影响的可行性，
　　 再次，对排水管道泄漏后的渗流场的变化，以及渗流场与应力场的耦合作用进行了数值模拟分析，深入分析了渗流场对土体稳定性的影响规律及发生管道泄漏后，渗流场的影响面积并由此分析其对周围土体造成的危害；
　　 最后，对泄漏孔径、泄漏速度和管道埋深三个因素的变化对管道泄漏对周为土体的影响进行了分析。
　　 本文在计利用有限元软件的计算方法，计算结果与相关文献中的实际测量渗流场分布规律比较吻合，具有较高的精确性和可靠性，能够反映实际情况。