Centrifuge tests on the deformation law of pipelines crossing slopes with different water contents
01摘要
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管道穿越滑坡区的变形规律是管道科学设计的重要前提。目前的大多数研究难以在现场模拟管道的真实应力应变状态。本研究通过两次离心模型试验，观察管道破坏指标(变形、应力、应变)和边坡破坏指标(裂缝宽度、土压力、滑坡位移)随加速度变化的变化。实验结果与数值模拟结果基本一致。研究结果表明，高含水率的边坡破坏更为严重。当含水率为15%时，边坡在靠近埋地管道处的最大位移为70 mm。管道沿轴向应变呈“双峰分布”。在距离管道中心L/4处的变形量最大，变形值为9000 με。跨中最大变形量为21 mm，与数值模拟结果相符。因此，需要提高管道跨中、L/4处的防灾能力。
02图表
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03结论
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本研究通过离心试验和有限元数值模拟，探讨横向管道穿越滑坡条件下的周围土压力和管道应变规律。具体结论如下:
1. 在离心试验过程中，含水率高的边坡不均匀滑动更大，边坡破坏更明显。然而，对管道的影响是非常小的。在50 g加速度作用下，含水率为15%的边坡底部最大位移为70 mm。当含水率为8%时，边坡底部土压力达到最大值253 kPa。该阶段管道轴向变形率为0.6%，较含水率为15%提高了0.2%。
2. 数值模拟结果表明，随着含水率的增加，管道的应力和应变呈平稳上升趋势。管道应力应变沿轴向呈双峰分布，最大值出现在距跨度L/4处。随着边坡含水率从8%增加到18%，管道的最大Mises应力从555 MPa减小到297 MPa，管道的最大应变从0.273减小到0.121%。
3. 离心试验和数值模拟结果表明，距管道跨中心L/4处的应力和应变值较大。在整个实验过程中，由于边坡的不均匀滑动，管道E段在湿度为8%、270°处的应变值误差最大。该部分的试验结果与数值模拟结果的误差为0.62%，但其他部分的误差相对较小。同样，在含水率为15%的边坡中，管道C段270°处的应变值误差最大，为0.33%，其余截面的误差较小。这说明试验结果具有一定的可靠性。
许多研究者也研究了管道直径和永久地面变形PGD宽度对管道变形的影响49。但本研究主要考虑了不同边坡含水率对管道变形的影响，试验采用相同管径的管道，未进一步探讨PGD的影响。需要注意的是，管道直径和永久地面变形宽度对管道变形也有显著影响。这些研究的结果可以证明有助于制定适当的策略，解决个别、特定地点的滑坡问题。在埋地管道穿越滑坡断面的应用中，通过对距管道L/4处滑坡区域的承载力计算，以减轻滑坡时对管道的破坏，提高管道运输工程的安全性。
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