Развитие методов оценки устойчивости газопроводов в многолетнемерзлых грунтах

• Автор: Шишкин, Иван Владимирович
• Шифр специальности: 25.00.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Ухта
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР И АНАЛИЗ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГАЗОПРОВОДОВ В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

1.1. Анализ физико-механических характеристик мерзлых грунтов

1.2. Строение мерзлых грунтов

1.2.1. Особенности формирования основных типов криогенных текстур

1.2.2. Простые криогенные текстуры

1.2.3. Слоистые текстуры

1.3. Физико-механические характеристики мерзлых грунтов

1.3.1. Плотность и объемный вес

1.3.2. Влажность и льдистость
1.4. Мерзлотные явления и процессы
1.4.1. Морозное пучение
1.4.2. Сезонное промерзание и сезонное оттаивание грунтов
1.5. Обзор и анализ методов контроля физико-механических свойств мерзлых
фунтов
1.5.1. Методы электроразведки постоянным током
1.5.2. Электропрофилирование методом кажущегося сопротивления
1.5.3. Вертикальное электрическое зондирование
1.5.4. Радиолокационное зондирование
1.5.5. Сейсмоакустические методы исследований свойств грунтов
1.6. Обзор и анализ методов диагностирования положения газопроводов в
многолетнемерзлых грунтах
1.6.1. Физическая сущность методов
1.6.2. Анализ погрешностей методов в многолетнемерзлых грунтах
1.7. Выбор и обоснование метода георадиолокации для контроля свойств мёрзлых
грунтов
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ И АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ГАЗОПРОВОДОВ
2.1. Характеристика участков газопроводов
2.2. Геокриологические особенности участков проведения исследований
2.3. Результаты исследования температуры грунтов на участках прокладки
газопровода
2.3.1. Методика обустройства скважин для измерения температуры грунтов
2.3.2. Результаты измерения температуры грунта и их анализ

2.4. Результаты экспериментального определения физических характеристик мерзлых грунтов
2.5. Анализ конструктивных особенностей газопровода Бованенково-Ухта, оценка возможности их диагностирования
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГАЗОПРОВОДОВ В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ
3.1. Основные характеристики радиолокационного метода
3.1.1. Глубинность, разрешающая способность и детальность метода
3.1.2. Отражения от объектов
3.1.3. Разрешающая способность георадара по расстоянию
3.1.4. Разрешающая способность георадара в плане
3.1.5. Волновая картина и способы ее отображения
3.1.6. Особенности обработки данных георадиолокационных исследований
3.1.7. Особенности интерпретации данных георадиолокационных исследований
3.2. Физические основы метода георадиолокации
3.3. Виды георадиолокационных антенн
3.3.1. Неэкранированные дипольные антенны
3.3.2. Щелевые и экранированные дипольные антенны
3.3.3. Антенны бегущей волны
3.4. Разработка общих требований к георадиолокационному диагностированию
газопроводов
3.4.1. Планирование и организация диагностирования
3.4.2. Выбор размера участка и длины профилей
3.4.3. Определение расстояния между профилями
3.5. Методика георадиолокационного диагностирования участков газопроводов в
мерзлых грунтах
3.5.1. Выбор схемы сканирования
3.5.2. Порядок проведения исследований
3.5.3. Подготовка к проведению исследований
3.5.4. Порядок обработки и интерпретация результатов
3.6. Адаптация георадиолокационного метода для диагностирования особенностей газопровода в многолетнемерзлых фунтах
3.6.1. Применяемое оборудование
3.6.2. Характеристика участка газопровода Бованенково-Ухта, 25,3 км
3.6.3. Определение типа грунтов и выделение границы талый — мерзлый грунт на основе
скоростного анализа
3.6.4. Обоснование оптимальной частоты экранированных антенн
3.6.5. Исследование информативных признаков выявления конструктивных особенностей газопроводов
4. РАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ ГАЗОПРОВОДОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СВОЙСТВ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
4.1. Анализ нормативных требований к прочности подземных магистральных
газопроводов

4.1.1. Нормативные требования
4.2. Постановка задач расчета, исходные данные
4.3. Схемы перемещений газопровода в оттаивающих грунтах
4.4. Нагрузки и воздействия на газопровод в мерзлых и оттаивающих нестабильных фунтах
4.5. Особенности поведения участков газопровода в нестабильно мерзлых грунтах

4.6. Расчетная схема осадки газопровода при оттаивании мерзлых грунтов
4.7. Расчетная схема всплытия и выпучивания газопровода при оттаивании мерзлых
грунтов
4.8. Расчетное обоснование требований к участкам осадки газопроводов при оттаивании мерзлых грунтов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖНИЕ (Акт о внедрении результатов диссертационной работы)

Применяемое при исследованиях оборудование должно обеспечивать необходимое качество измерений в любых условиях, то есть иметь исполнение, исключающее воздействие факторов окружающей среды (атмосферных осадков, высоких или низких температур) на работоспособность основных элементов. Используемые при работе образцы оборудования должны быть серийными, в комплект поставки обязательно должных входить программные комплексы, обеспечивающие обработку полученных в ходе исследований данных. Габариты оборудования будут иметь первостепенное значение в том случае, если доставка их стандартными средствами затруднена или невозможно (предпочтение отдаётся малогабаритным или модульным конструкциям).
В настоящее время для изучения грунтов криолитозоны наибольшее распространения получили геофизические методы электроразведки, сейсморазведки, гравиразведки и пр., при этом, как правило, наилучшие результаты показывают комбинации данных методов, то есть количество контролируемых параметров будет напрямую зависеть от количества методов в комплексе.
Опыт применения показал, что геофизические исследования мерзлых фунтов методами электроразведки на постоянном токе наиболее эффективны при температурах фунтов от минус 1 до минус 5 °С и сравнительно небольшой мощности мерзлого слоя. При этом выделяют следующие особенности применения данных методов в условиях криолитозоны:
- сильная зависимость удельного электрического сопротивления мерзлых фунтов от их температуры, льдистости и количества в них незамерзшей воды приводит к необходимости сочетания элекфоразведки с геотермическими исследованиями;
- интерпретация кривых вертикального электрического зондирования стандартными методами может быть ошибочной в сторону преуменьшения мощности мерзлого слоя из-за падения сопротивления промежуточного мерзлого слоя с глубиной, в соответствии с повышением температуры;
- интерпретация данных становится сложной и многозначной из-за необходимости разделяющей идентификации влияния литологии либо мерзлотных эффектов;
- многозначность интерпретации приводит к необходимости учета геотермических данных и физических выводов общего мерзлотоведения;
- так как мерзлый грунт неоднороден по своим температурам, льдистости и условиям залегания, то его разведка во многих случаях по практическим требованиям должна быть очень детальной, что приведет к повышению объема работ;