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采动沉陷影响下埋地管道与土相互作用及力学响应研究
| 论文题名： | 采动沉陷影响下埋地管道与土相互作用及力学响应研究 |
| 关键词： | 煤矿开采沉陷区;埋地管道;管土相互作用;应变监测系统;力学响应 |
| 摘要： | 我国管道运输的快速发展和煤矿开采沉陷区的持续扩大，越来越多的埋地管道将受到采动沉陷影响，因此，煤矿开采影响下埋地管道的安全正常运营成为管道工程中亟待解决的难题。沉陷土体中管-土相互作用机制及其力学响应研究是埋地管道安全评定的基础，对埋地管道的安全性预测具有重要意义。本文综合运用试验研究、理论分析及数值模拟等方法与手段，对采动沉陷土体中的管-土相互作用机制及埋地管道的力学响应进行了系统研究，取得了如下创新性成果： （1）自行研制了用于沉陷土体中管-土相互作用研究的专用试验系统，主要包括：模型制作系统、沉陷土体的变形控制系统、土体及埋地管道的变形监测系统、管周土体压力及管道应变监测系统等。试验系统可实现不同开采沉陷方式、不同管-土力学参数条件下土体及埋地管道的应力及变形分布规律测试，为沉陷土体中管-土相互作用机制研究提供依据。 （2）借助于研制的沉陷土体中管-土相互作用专用试验系统，对不同土体沉陷过程中的管-土下沉变形、管周土压力、管道轴向应变及管上侧土体的变形进行了测定，得到了管-土下沉变形、管周土压力及管道应变分布规律，揭示了沉陷过程中的管-土变形协同关系、管周体土体破坏及管周约束力分布特征。 （3）建立了土体沉陷过程中埋地管道力学响应分析的数值模型，模拟并分析了土体沉陷过程中管-土变形协同关系及管道附加轴向应力的分布特征，分析得到了沉陷过程中管道埋深、土体力学参数对埋地管道力学响应的影响规律。 （4）基于概率积分法，分析得到了工作面开采过程中管道沿线的沉陷变形规律，并给出了相应的沉陷变形预计公式，建立了采动沉陷中的管-土协同变形条件。基于采动沉陷中的管-土变形关系，建立了管-土协同和非协同变形阶段的力学分析模型，分析给出了埋地管道附加应力的计算公式，并编制了采动沉陷中埋地管道力学响应的分析程序。 （5）针对某煤矿工作面的采矿地质条件，采用相似模拟试验方法预测了该工作面开采引起的地表变形及埋地管道沿线变形规律。分析得到了开采沉陷影响下埋地管道的应力分布规律，并对埋地管道的安全性进行了评定。 研究成果可为采动沉陷过程中埋地管道的力学响应分析及安全性评定提供重要依据。 |
| 作者： | 徐平 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 茅献彪 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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