Разработка методики оценки напряженно-деформированного состояния трубопровода в зонах активных тектонических разломов с целью обеспечения его безопасной эксплуатации

• Автор: Фигаров, Эльдар Намикович
• Шифр специальности: 05.26.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 Проблемы проектирования и эксплуатации магистральных трубопроводов, прокладываемых в зонах активных тектонических разломов и постановка задач исследования

1.1 Анализ состояния магистральных трубопроводов в сейсмически опасных зонах

1.2 Обзор нормативно-технической документации и исследований по проектированию и строительству подземных трубопроводов в зонах активных тектонических разломов

1.3 Постановка задач исследования

1.4 Анализ математических моделей грунта

1.5 Выводы к Главе

ГЛАВА 2 Разработка математической модели взаимодействия трубопровода с упруго-вязкопластическим грунтом и методики оценки его напряженно-

деформированного состояния в зонах активных тектонических разломов

2.1 Уравнения динамики трубопровода в зонах активных тектонических разломов
с учетом упруго-вязких характеристик грунта
2.2Исследование взаимодействия трубопровода с грунтом при динамическом смещении масс грунта в зонах активных тектонических разломов
2.3 Определение зависимости нагрузок от времени взаимодействия трубопровода и грунта при скоростных подвижках
2.4 Оценка напряженно-деформированного состояния трубопровода в зоне активного тектонического разлома при смещениях масс грунта
2.5 Выводы к Главе
ГЛАВА 3 Разработка методики оценки местной устойчивости трубопровода при динамическом взаимодействии с грунтом в зонах активных тектонических разломов
3.1 Определение зависимости распределения внешних нагрузок по контуру трубопровода от скорости смещения масс грунта
3.2 Определение равновесного состояния сечения трубопровода при скоростном взаимодействии с грунтом
3.3 Оценка устойчивости сечения при скоростном взаимодействии трубопровода с грунтом
3.4 Выводы к Главе
ГЛАВА 4 Разработка рекомендаций по прохождению трубопроводами зон активных тектонических разломов
4.1 Разработка инженерного метода расчета напряженного состояния трубопровода при сейсмогенных подвижках активных тектонических разломов
4.2 Оценка влияния грунтовых условий на напряженное состояние трубопровода при сейсмогенных подвижках активных тектонических разломов типа сдвиг
4.3 Оценка влияния грунтовых условий на напряженное состояние трубопровода при сейсмогенных подвижках активных тектонических разломов типа сброс
4.4 Оценка влияния влажности грунтов на напряженное состояние трубопровода
4.5 Оценка напряженного состояния трубопровода в мерзлом грунте
4.6 Оценка совместного воздействия сейсмических продольных волн и поперечных подвижек в зонах активных тектонических разломов на напряженное состояние трубопровода
4.7 Влияние на напряженно-деформированное состояние трубопровода геометрических характеристик
4.8 Рекомендации по подземной прокладке трубопровода в зонах активных тектонических разломов
4.9 Выводы к Главе
Выводы и рекомендации
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации
При выборе трассы строительства трубопроводов часто не удается избежать пересечения с районами повышенной сейсмической активности и зонами активных тектонических разломов. В существующих нормативных документах по проектированию рекомендуется выполнять надземную прокладку трубопроводов при пересечении участков с активными тектоническими разломами. Вместе с тем в настоящее время имеется большое количество подземных трубопроводов пересекающих зоны разломов, например ВСТО, Сахалин 1, Сахалин 2 и т.д. При этом в действующих нормативных документах отсутствуют методики расчета и рекомендации по подземной прокладке трубопроводов на таких участках. Учитывая тот факт, что при землетрясениях в зонах АТР могут происходить сейсмогенные подвижки грунта (смещения масс грунта, достигающие скорости прохождения поперечных волн в грунте), актуальной становится создание методики расчета напряженно-деформированного состояния трубопроводов на данных участках и разработка практических рекомендаций по их прокладке.
Цель работы
Обеспечение безопасной эксплуатации подземных трубопроводов, проложенных в зонах активных тектонических разломов, путем создания методики оценки их напряженно-деформированного состояния с учетом скорости смещения грунта и разработка рекомендаций по их прокладке в этих зонах.
Задачи исследования
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
1. Разработать модель взаимодействия подземных трубопроводов с упруговязкопластическим грунтом на основе анализа исследований несущей способности, практики проектирования и эксплуатации магистральных трубопроводов, прокладываемых в зонах активных тектонических разломов.
2. Провести анализ и разработать методику расчета напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводов, проложенных в зонах

ГЛАВА 2 Разработка математической модели взаимодействия
трубопровода с упруго-вязкопластическим грунтом и методики оценки его напряженно-деформированного состояния в зонах активных тектонических разломов
2.1 Уравнения динамики трубопровода в зонах активных тектонических разломов с учетом упруго-вязких характеристик грунта
В местах активных тектонических разломов невозможно достоверно предсказать время возникновения подвижек грунта и скорость смещения плит разлома. Скорости смещения могут варьироваться в широком диапазоне, поэтому для оценки опасности со стороны активного разлома необходимо оценить влияние скорости на напряженное состояние трубопровода.
В зоне АТР могут реализовываться различные типы подвижек, в зависимости от вида смещения поверхностного слоя грунта в разломе — горизонтальные (сдвиги) и вертикальные (сбросы). В данной главе на основе анализа взаимодействия трубопровода с грунтом, проведенного в главе 1, принята реологическая схема и решена задача оценки напряженного состояния трубопровода при сейсмогенных подвижках в зонах АТР в зависимости от скорости смещения массива грунта и трубопровода.
В зоне АТР трубопровод, перемещаясь вместе с массой грунта, одновременно сопротивляется его перемещению. Это приводит к смещению трубопровода и грунта относительно друг друга, что в свою очередь ведет к возникновению нагрузок, приходящихся на трубопровод.
В качестве расчетной схемы для оценки НДС трубопровода в зонах АТР примем смещающиеся относительно друг друга на величину Д два массива грунта (полубесконечные пространства), которые вовлекают в движение находящийся в зоне АТР трубопровод (рисунок 2.1).
При составлении уравнений равновесия принята гипотеза плоских сечений, материал трубы принят изотропным, характер нагружений и величины