采空沉陷区埋地油气管道应变分析

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1、中图分类号：TE973.1单位代码：11414学号：2013214584题目采空沉陷区埋地油气管道应变分析专业或领域安全工程研究方向油气装备失效分析与完整性管理专业硕士生夏梦莹指导教师张宏教授现场导师蔡峰峰高级工程师入学时间：2013年9月论文完成时间：2016年5月硕士专业学位论文独创性声明郑重声明:本硕士专业学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均己在论文中做了明确的说明并

2、表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签名:夏皆空日期.20Ib.b.b导师签名:功n多日期:丛兰豆硕士专业学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学(北京〉学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于:学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版:允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文;可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文属于保密范围，保密期限J一年，解密后适用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位

3、论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意，且须以中国石油大学(北京)为第一署名单位。作者签名:里修宝日期:~b.b.b导师签名:日期:如b.6'bYEA摘要摘要采空沉陷区是长输油气管道难以避免的主要地质灾害之一，我国西气东输二线等多条重要管线均途经采空沉陷区。采空沉陷区内土壤会对管道产生拉、压、弯组合的载荷形式，导致管道产生较大的拉压应变而引起拉裂或屈曲失效。因此对采空沉陷区管道的应变进行准确的预测对保障管道的安全运行有着重要的实际意义。基于概率积分法，对采空沉陷区土壤位移形式进行了影响因素分析，得到了土壤载荷的变化规律。并基于土壤荷载形式，使用非线性壳单元模拟管道，使用非线性弹簧

4、模拟管土作用，建立了考虑管材非线性与几何大变形的有限元分析模型。详细讨论了管道应变的分布规律与参数影响分析，结果表明：连续型采空沉陷作用下管道会产生与地表一致的垂向位移，管道内弯曲应变小于轴心应变，且管道在采空沉陷区中心压应变最大，采空区边缘拉应变最大。采空沉陷区管道轴心应变随着覆岩岩性的硬度的增强而增强，随着走向长度和开采深度的增大而增大。而煤层采厚对轴心应变几乎没有影响。管道内压、管道埋深、管土摩擦折减系数的增加均会导致管道轴心应变增大。增加管道壁厚能够有效的减小管道的轴心应变。基于双线性管材模型，考虑管土相互作用与几何大变形，建立了采空沉陷区埋地油气管道应变的解析计算方法，并编

5、制了计算程序。通过与数值结果对比，验证了解析方法的适用性和准确性。最终，给出了基于应变设计准则的采空区埋地油气管道设计与安全评价的方法，并基于C#平台与ABAQUS软件开发了软件评价系统。关键词：采空沉陷区；埋地油气管道；应变计算；有限元；解析分析-II-ABSTRACTStrainAnalysisofBuriedOilandGasPipelinesinMineSubsidenceAreasABSTRACTMinesubsidenceisoneofthetypicallygeologicalhazardthreatsforlongdistanceoilandgaspipeline.M

6、anypipelinescrossregionswithcompletedandongoingundergroundminingactivities,suchasthesecondChinaWest-to-Eastpipeline.Pipelinesinsubsidenceareaswillbeundercomplexloadconditionscontainingbending,tensionorcompressionduetothegrounddeformation,inthepotentialofleadingtoruptureorlocalbucklingfailure.Th

7、us,accuratestrainpredictionofpipelinesinminesubsidenceareashasagreatsignificanceforpipelinesafety.BasedontheProbabilityFunctionIntegrationMethod,theinfluencesoftheeffectfactorsonthegrounddisplacementsinthesubsidenceareashavebeenco