地基塌陷对城市地埋管线影响的试验研究及数值分析

摘要

在所有运输能量设施中，管道被公认是世界上运输能量最经济和最安全的方法，在城市建设中尤为突出。它已经成为城市生活正常运行不可或缺的生命线。但往往由于地基塌陷、场地的不均匀沉降等原因致使地埋管线破坏。而地埋管线在城市的基础建设中占据着重要的位置，因此对地基塌陷作用下城市地埋管线应力应变和破坏的研究分析是必不可少的。本文应用数值模拟分析和试验相结合的方法对城市地埋管线进行了研究对比分析，希望以此来为地基塌陷的后果预测与预防提供一种新的分析途径。
　　 本文研究内容包括地埋管线破坏和地基塌陷的相关理论知识;管-土本构关系以及地埋管线的研究方法;采用ANSYS有限元分析软件建立了管-土模型，在此基础上分析了管线变形情况下的位移及应变的变化规律，而后通过在大型土工槽内进行的地埋管线试验模拟了现实中地基塌陷对地埋管线的影响，得到管线位移和应变变化的基本规律。通过对有限元模拟结果和试验数据的对比分析后得出管线位移及应变结果与试验数据吻合良好，该方法为地基塌陷的后果预测与预防提供新的分析途径。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究课题的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容

第二章 地埋管线破坏及地基塌陷理论及研究方法

2．1 地埋管线破坏

2．1．1 管道材料及安全控制标准

2．1．2 地埋管线的特点

2．1．3 城市管道的分类

2．1．4 管线破坏的分类

2．1．5 管线破坏的原因分析

2．2 地基塌陷的理论

2．2．1 地基塌陷的分类

2．2．2 地基塌陷基本特征

2．2．3 地基塌陷成因

2．3 城市地埋管线研究方法

2．3．1 管、土本构关系

2．3．2 弹性地基梁模型

2．3．3 土弹簧模型

2．3．4 非线性接触模型

2．4 管线屈曲模型

2．4．1 梁模型屈曲

2．4．2 薄壳板屈曲

第三章 地基塌陷对城市地埋管线影响的有限元数值分析

3．1 有限元理论及ANSYS软件简介

3．1．1 有限元的发展、现状和未来

3．1．2 有限元理论

3．1．3 ANSYS软件及APDL简介

3．2 管-土ANSYS模型的建立

3．2．1 管线单元和土体单元模型的选取

3．2．2 基本假定

3．2．3 计算模型及网格的划分

3．2．4 模型荷载的模拟及分步开挖的有限元模拟过程

3．3 APDL参数化语言主程序(见附录)

3．4 管线位移及应力应变的提取

第四章 地基塌陷对城市地埋管线影响的试验研究

4．1 试验场地准备

4．2 应变片

4．3 试验方案

4．4 试验结果分析

第五章 数值模拟与试验结果的对比分析

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

附录

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文