土体沉降和塌陷引起地下管道变形破坏的试验模拟研究

摘要

近年来土体沉降和塌陷等地质灾害事故频繁发生，这些地质灾害的发生常常给城市地下管道系统造成了严重的损害，给城市居民的生活带来了极大的不便。由于目前对于这种地质灾害现象认识得还不够全面和深入，从而使得城市的地下管道系统在地质灾害发生前后的预防及修复存在诸多不便，往往造成了比较大的安全隐患和经济损失。前人对于这一课题的研究已经做了不少的工作，取得了一定的成果，但前人的研究方法主要集中于利用有限元软件进行计算机模拟研究，由于目前各种计算机模型参数的不确定性，使得这种研究方法尚处于不成熟的阶段。鉴于此，本文通过试验模拟的方法对土体沉降和塌陷引起地下管道变形破坏这一课题进行了分析研究，得出以下结论:
　　 PE管道的轴向和环向变形:1、管道各个截面上部和下部的变形随时间变化的斜率分别大于中上部和中下部，且管道各个截面中部的变形随时间变化的斜率最小;2、管道中间截面和管道端部截面的变形随时间变化的斜率均大于管道1/4跨度截面;3、从管道的轴向变形来看，管道1/4跨度截面处基本为轴向受拉变形，整个管道发生轴向受拉变形的部位多于发生轴向受压变形的部位，尤其是在两端固定的约束下，管子整体的拉伸变形比较明显;4、一般情况下，管道各个截面的各个部位处的环向变形与相应位置处的轴向变形的受力变形拉压状态正好是相反的，从管道的环向变形来看，管道1/4跨度截面处基本为环向受压变形，整个管道发生环向受压变形的部位多于发生环向受拉变形的部位，尤其是在两端固定的约束下，管子整体的轴向拉伸变形使得管道截面的缩颈现象比较明显。
　　 不同壁厚PE管道的变形破坏性能和其变形破坏的时效性:1、PE管道的塑性变形范围很大而且其挠曲变形恢复能力也很强，但随着管道壁厚的增加，管道的延展性逐渐减弱，甚至在短时间的荷载作用下也会出现受拉破坏;2、在相同的挠度下，管道的壁厚越大，管道产生的应变越大;3、当管道中部挠度不大于20cm时，管道壁厚的变化对于管道所受荷载与其挠曲变形之间关系的影响很小;当管道中部挠度大于20cm时，管道壁厚的变化对于管道所受荷载与其挠曲变形之间关系的影响越来越显著;4、在短时间荷载作用下，PE管道会发生很大的挠曲变形但一般不会破坏，如果及时卸载的话，PE管道可以恢复大部分的挠曲变形，但是如果管道上部的荷载长时间得不到卸除，则PE管道最终会在长时间荷载的作用下产生破坏裂纹而导致无法正常工作。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 土体沉降和塌陷引起地下管道变形破坏的研究现状

1．3 土体沉降和塌陷引起地下管道变形破坏研究中存在的问题

1．4 本文的研究内容

1．4．1 选题意义

1．4．2 主要研究内容

第二章 土工槽内的试验模拟研究

2．1 试验的方案和步骤

2．2 试验数据分析

2．3 试验结论

第三章 集中荷载作用下无限长埋地管道受土体沉降和塌陷影响的试验模拟研究

3．1 试验模型的提出

3．2 试验的步骤

3．3 试验管道固端钢支架的设计计算

3．4 试验管道应变片的粘贴和YE2539高速静态应变测试仪的介绍

3．5 直径200mm壁厚14．7mm的PE管道的试验数据整理和分析

3．5．1 管道轴向变形数据的整理和分析

3．5．2 管道环向变形数据的整理和分析

3．6 直径200mm壁厚11．9mm的PE管道的试验数据整理和分析

3．6．1 管道轴向变形数据的整理和分析

3．6．2 管道的环向变形数据整理和分析

3．7 直径200mm壁厚9．6mm的PE管道试验数据的整理和分析

3．7．1 管道轴向变形数据的整理和分析

3．7．2 管道环向变形数据的整理和分析

3．8 14．7mm、11．9mm、9．6mm三种不同管壁厚度的PE管道的试验数据对比与分析

3．8．1 管道端部截面的试验数据对比和分析

3．8．2 管道1／4跨度截面的试验数据对比和分析

3．8．3 管道中间截面的试验数据对比和分析

3．8．4 不同壁厚的管道中部挠度和管道中部集中荷载数据的对比和分析

3．9 三种不同璧厚的PE管道在试验中的变形破坏情况

第四章 结论和展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文