Análisis de los efectos de los deslizamientos de tierra en ductos
5.1.1 Análisis de tensión de la tubería
Cuando la tubería está sujeta al empuje de un deslizamiento de tierra, la capa de suelo en el lado inferior de la tubería paralela a la dirección principal de deslizamiento de la tubería El deslizamiento de tierra es delgado y la capa de suelo en la tubería es La fuerza de reacción es casi insignificante y, a menudo, se construyen muelles fijos en ambos extremos de la tubería para proteger la seguridad de la tubería. El modelo mecánico de una tubería con pilares fijos en ambos extremos se puede simplificar a un modelo de viga deformada como se muestra en la Figura 5-1 (Figura 5-1).
Figura 5-1 Modelo de viga de deformación simplificada de tubería con ambos extremos fijos
En el modelo de viga de deformación simplificada de la Figura 5-1, ambos extremos de la viga están fijos y la La viga está en uniforme. La deformación ocurre bajo la carga distribuida hacia abajo, y la forma general de la viga después de la deformación se muestra en la curva de la Figura 5-1. Las direcciones de las coordenadas X e Y se muestran en la Figura 5-1; ambos extremos de la tubería son afectados por la fuerza axial equivalente S. La dirección es positiva como se muestra en la figura, y la dirección inversa es negativa M0; Fuerza sufrida por la tubería en el extremo fijo. Momento q es la carga uniforme hacia abajo del empuje del deslizamiento sobre la tubería.
5.1.2 Cálculo de la deformación y tensión de la tubería
Según el conocimiento de la mecánica elástica, la ecuación básica de la curva de deflexión de la deformación de la viga es:
Geología de oleoductos y gasoductos en zonas montañosas Investigación sobre Prevención y Control de Desastres
Donde: E——El módulo elástico de la tubería;
I——El momento de la sección transversal de inercia de la tubería;
Y——El módulo elástico de la tubería Deflexión;
M——representa el momento flector de cualquier sección.
M se compone principalmente de la carga que actúa sobre la tubería y la fuerza axial equivalente S0. S0 tiene dos situaciones: tensión y compresión. Diferentes situaciones corresponden a diferentes soluciones. El cálculo y análisis de estas dos situaciones se muestra a continuación:
5.1.2.1 Solución cuando el esfuerzo axil equivalente S0 es tensión
Cuando S0 es la fuerza de tracción, la ecuación diferencial de la curva de deflexión de la deformación del oleoducto es:
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En la fórmula: M0——la tubería tiene un momento de flexión en el extremo fijo;
Q——Carga de empuje de deslizamiento de tierra en la tubería;
L——Longitud del tramo ( o longitud suspendida);
S0 ——La fuerza axial equivalente de la tubería suspendida;
N0——La fuerza axial de la tubería, con tensión positiva;
P——La presión interna que soporta la tubería;
D——El diámetro interior de la tubería.
La ecuación geométrica de la deformación axial a través del oleoducto es:
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Donde: εx——deformación axial de la tubería;
u——desplazamiento axial de la tubería.
La relación termoelástica de la deformación axial es:
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Donde: a——lineal coeficiente de expansión de la tubería;
N——Relación de Poisson de la tubería;
T——La diferencia entre la temperatura de funcionamiento y la temperatura de instalación de la tubería;
F——El área de la sección transversal metálica de la tubería;
σh——tensión circular de la tubería causada por la presión interna p.
Según las condiciones de simetría y condiciones de contorno se puede obtener:
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En la fórmula: el momento flector M0 en la parte superior es:
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El momento flector Mc en la parte superior el tramo medio es:
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El tramo medio La perturbación f es:
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Cuando el valor de φ es pequeño: utilizando la expansión en series de potencias se pueden extraer las siguientes conclusiones:
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Fuerza axial equivalente de oleoductos suspendidos:
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El momento flector en el extremo M0 es:
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El momento flector a mitad de tramo Mc es:
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La perturbación a mitad de tramo f es:
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5.1.2.2 Solución cuando la fuerza axial equivalente S0 es presión
Cuando S0 es la presión, la ecuación diferencial de la curva de deflexión de la deformación de la tubería es:
Cuando la fuerza axial equivalente S0 es la presión: N0=Np-S0
Según las condiciones de simetría y las condiciones de contorno, se puede obtener:
El momento flector M0 en la parte superior es:
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El momento flector medio Mc es:
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El momento flector medio Mc la perturbación del tramo f es:
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Cuando el valor de φ es pequeño: utilizando la expansión en serie de potencias, se pueden extraer las siguientes conclusiones:
Fuerza axial equivalente de tuberías suspendidas:
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El momento flector M0 al final es:
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El momento flector Mc en la mitad del vano es :
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La perturbación a mitad de tramo f es:
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5.1.2.3 Determinación de si la fuerza axial equivalente S0 es tensión o presión
En ese momento, S0 era presión ;
En ese momento, S0 era tensión;
En ese momento, se puede deducir S0=0:
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5.1.3 Criterios para daños a la tubería bajo la acción de un deslizamiento de tierra
El estado final de la tubería no es daño a la tubería, y la tubería ha alcanzado un cierto valor de tensión permitida .
5.1.3.1 Criterio de fuerza
La fuerza de deslizamiento del deslizamiento calculada según el método del coeficiente de transferencia es:
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En la fórmula: Ei——la fuerza de deslizamiento restante del i-ésimo cuerpo deslizante;
Ei-1————la fuerza de deslizamiento restante fuerza del i-ésimo cuerpo deslizante;
Wi—— Peso del i-ésimo cuerpo deslizante;
Ri——fuerza de reacción del lecho deslizante del i-ésimo cuerpo deslizante;
ψi——coeficiente de transferencia;
Ci— — La cohesión de la roca y el suelo en la superficie deslizante del i-ésimo cuerpo deslizante;
li— —La longitud de la i-ésima superficie deslizante;
φi——La superficie deslizante del i-ésimo cuerpo deslizante El ángulo de fricción interna de la roca superior y el suelo;
ai ——el ángulo de inclinación de la superficie deslizante del i-ésimo cuerpo deslizante.
La fuerza que actúa sobre el oleoducto es:
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Ks es el coeficiente de deslizamiento de tierra El empuje que actúa sobre la tubería, y la posición donde está enterrada la tubería está relacionada con el diámetro de la tubería.
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En la fórmula: wg es el peso propio del oleoducto; F es la fuerza de reacción del oleoducto; suelo debajo de la tubería en la tubería bajo la influencia de la deformación de la tubería F es la carga máxima permitida de la tubería;
Cuando K≥1, la tubería es insegura; cuando K<1, la tubería es segura.
5.1.3.2 Criterio de desplazamiento
La perturbación máxima es:
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Cuando fmax≥f Cuando se permite, la tubería está dañada.
Cuando se permite fmax 5.1.3.3 Tipos de daños por deslizamiento de tierra El deslizamiento de tierra hace que la tubería se rompa. Debido a la gran fuerza de reacción de la tubería, el deslizamiento de tierra forma una nueva superficie de deslizamiento, como se muestra en la figura. Figura 5-2. Figura 5-2 Se forma una nueva superficie de deslizamiento debido a la mayor resistencia de la tubería