管－土相互作用模型试验的尺寸效应及可靠性分析-防灾科技学院学报.pdfVIP

第１９卷第２期 防　 灾　 科　 技　 学　 院　 学　 报 Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．２ ２０１７年６月 Ｊ． ｏｆ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ Ｊｕｎ．２０１７ 管－土相互作用模型试验的尺寸效应及可靠性分析 李立云，左　 晓，钟紫蓝 （北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京　 １００１２４） 摘　 要：为了分析北京地区粉质黏土场地中管－土相互作用土弹簧模型参数，进行了一系列管土相互作用试 验。 由于人力、经费、场地等原因，模型箱尺寸无法取到无限大，模型箱的尺寸效应有可能使试验数据出现一 定偏差。 为了检验已开展模型试验结果的可靠性，基于ＡＢＡＱＵＳ有限元软件进行了数值仿真，探讨了土体的 破坏模式，研究了管－土相互作用试验的尺寸效应，并得到如下结论：土体破坏模式可分为深埋和浅埋两种 破坏模式；模型箱下方和后方边界对试验结果影响较小，当深径比大于６ 时，前方边界开始对试验结果产生影 响。 最后，分析和修正了试验结果并对类似试验中的模型箱尺寸选取给出了建议。 关键词：管－土相互作用；模型试验；尺寸效应；可靠性分析；模型箱尺寸 中图分类号：ＴＵ４３　 　 　 　 　 　 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－８０４７（２０１７）０２－０００１－０８ ［８］ 般采用模型箱试验的方法。 如Ｔｒａｕｔｍａｎｎ等 和 ０　 引言 ［９］ Ａｕｄｉｂｅｒｔ等 分别基于各自的模型箱进行了管－ 一直以来，国内外学者对生命线工程的研究 砂土的土弹簧研究，得到了砂土的土弹簧参数取 十分重视。 长输管道不可避免地会穿越一些不良 值方法。 李立云等在Ｔｒａｕｔｍａｎｎ试验的基础上利 地带，地震发生时这些地区的地下管道的服役状 用数值方法分析了管土相互作用的影响因素，提 ［１０］ 态会相当脆弱，这除了导致极大的经济损失还造 出了大埋深条件下砂土极限承载力经验公式 。 成了严重的次生灾害［１－３］。 强地震对埋地管道破 张海丰对管土相互作用模型试验的设计进行了 ［１１］ 坏的方式一般有两种：一种是地震波产生的地表 讨论 。 差动造成管道接口拉坏；另一种是场地永久地面 变形，例如地表断裂、滑坡、沙土液化、震陷等对埋 地管道造成的破坏，其中后者破坏性尤为严 ［４］ 重 。 在分析地震对管道造成的破坏时，国内外 学者通常采用的分析方法是将管道周围土体等效 为连接管体的三向土弹簧（如图１），以此来代替 图１　 管土相互作用简化计算模型 土体对管道的约束；在此土弹簧模型的基础上，展 Ｆｉｇ．１　 Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ［５］ 开对埋地管线的分析。 如甘文水等 、胡明祎 ｐｉｐｅ⁃ｓｏｉｌ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ［６］ 等 运用土弹簧模型分析了跨越断层埋地管线 的地震反应。 基于土弹簧的分析方法已被我国 然而，随着城市化及施工技术的发展，