شبیه‌سازی عددی تغییرمکان عرضی لوله مدفون بر اثر ناپایداری شیروانی‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

خطوط لوله‌ی مدفون برای انتقال آب، سوخت مایع، گاز، نفت و غیره کاربرد دارند که ممکن است بر روی شیروانی مستقر باشند. خطر این لوله‌ها، ناپایداری شیروانی بوده که منجر به اعمال تغییرشکل‌های بزرگ به لوله می‌شود. برای ً از روش‌های تیر-فنر و تحلیلی استفاده می‌شود و کمتر، روش‌های عددی مبتنی بر محیط مدل‌سازی این مسئله، عمدتا پیوسته بکارگرفته شده است. ضرورت توجه به این مسئله، دقت این روش‌ها در تخمین رفتار لوله است. در این مقاله، از شبیه‌سازی عددی با نرم‌افزار سه بعدی FACE 3D استفاده شده است. ابتدا روش محیط پیوسته با روش تیر-فنر و روابط تحلیل مقایسه شده و سپس، به شبیه سازی یک مسئله واقعی پرداخته شده و نتایج جهت بررسی دقت روش، مقایسه شده‌اند. مقایسه‌ی نتایج این پژوهش با سایر روش‌ها نشان می‌دهد که روابط ساده موجود می‌تواند رفتار تغییرشکل لوله تحت بار جانبی را با تقریب تخمین بزند. ولی مدل سازی عددی می‌تواند تغییرمکان و کرنش‌های بوجودآمده را با دقت بیشتری پیش بینی کند. باتوجه به سه بعدی بودن مسئله، تنها کافی است طول کوچکی از لوله که در طرفین منطقه رانش قرار گرفته است، در مدل‌سازی لحاظ شود. مطالعات حساسیت نشان می‌دهد با انجام اقداماتی نظیر افزایش قطر لوله و افزایش ضخامت جداره لوله، میتوان تغییرمکان‌ها، تنش‌ها و کرنش‌های ایجاد شده در لوله را تا حدی کاهش داد. با افزایش تغییرمکان زمین، کرنش بیشینه لوله به طور خطی افزایش یافته و از تغییرمکان بحرانی به بعد، کرنش بیشینه لوله ثابت می‌ماند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Transverse Deformations of Buried Pipelines Due to Slope Instability

نویسندگان [English]

  • Reihaneh Nouri
  • Ehsan Seyedi Hosseininia
civil engineering department, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

Buried pipelines are used to transport water, liquid fuel, gas, oil, etc. and they must remain in service in all circumstances such as permanent transverse ground deformation caused by slope instability. In the literature, modeling of soil-pipe interaction is carried out mostly by using soil-equivalent spring, and instead, continuum modeling is rarely used. In the modeling problem, the main question is the estimation accuracy of the pipe deformation. In this paper, it is tried to study the deformational behavior of a pipe installed over an unstable slope. In this study, the simulation was performed by using a continuum approach by using FLAC 3D software, which is based on finite difference method. The effect of parameters such as pipe diameter and thickness, width of the slope, soil cohesion and soil internal friction angle on pipe deformation were investigated. The simulation results indicate that the maximum displacement of the transverse ground and pipe occurs in the center of the area and reaches zero in the sides. The forces/stresses in the pipe are symmetric to the center of the model and reach a maximum value in the center. Furthermore, as the ground movement increases, the pipe maximum strain increases linearly while it remains constant anymore at larger ground deformation which is called critical deformation. By comparison of the numerical results with those of analytical methods for a large-scale physical test, it can be said that the numerical model can more precisely predict the pipe deformation and forces/bending moments. Parametric studies show that some solutions such as an increase in the diameter of the pipe, increase in thickness of the pipe wall and a decrease in the slope angle can effectively reduce the displacements and forces imposed in the pipe.

کلیدواژه‌ها [English]

  • BURIED PIPELINES
  • Slope Instability
  • Numerical modeling
  • FLAC 3D SOFTWARE
  • Soil-pipe interactions
[1]  X. Liu, M.J. O’Rourke, Behaviour Of Continuous Pipeline Subject To Transverse PGD, Eerthquake Engineering And Structural Dynamics, 26 (1997) 989-1003.
[2]  C.H. Trautmann, T.D. O’Rourke, Lateral ForceDisplacement Response of Buried Pipe, Journal of Geotechnical Engineering, 111(9) (1985) 1077-1092.
[3]  F. Calvetti, C.D. Prisco, R. Nova, Experimental And Numerical Analysis Of Soil–Pipe Interaction, Journal Of Geotechnical And Geoenvironmental Engineering 130(12) (2004) 1292-1299.
[4]  T.D. O’Rourke, Geohazards And Large, Geographically Distributed Systems, Geotechnique, 60(7) (2010) 505543.
[5]  A. Monshizadeh Nain, E. Seyedi Hosseininia, Threedimensional FEM simulation of buried pipelines against Reverse faulting displacements, Bulletin of Earthquake Science and Engineering, 3(3) (2018) 4966.
[6]  D. Bruton, D. White, C. Cheuk, M. Bolton, M. Carr, Pipe-Soil Interaction Behavior During Lateral Buckling, Including Large-Amplitude Cyclic Displacement Tests by the Safebuck JIP, in:  Offshore Technology Conference in Houston, Texas, U.S.A, 2006.
[7]  F. Wenkaia, H. Runqiua, L. Jintaoa, X. Xiangtaoa, L. Minb, Large-scale Field Trial To Explore Landslide And Pipeline Interaction, Soils And Foundations, 55(6) (2015) 1466-1473.
[8]  W. Zhang, A. Askarinejad, Behaviour of buried pipes in unstable sandy slopes, Landslides,  (2018).
[9]  T.D. O’Rourke, Critical Aspects Of Soil-pipeline Interaction For Large Ground Deformation, Proc. 1 st Japan-U.S. workshop on Liquefaction , Large Ground Deformation and their Effects on Lifeline Facilities, (1988) 118-126.
[10]  I. Suzuki, O. Arata, N. Suzuki, Subject to liquefactioninduced permanent ground displacement, Proc. 1 st Japan-U.S. workshop on Liquefaction , Large Ground Deformation and their Effects on Lifeline Facilities, (1988) 155-162.
[11]  T. Kobayashi, N. Suzuki, H. Nakane, M. Ishikawa, Modelling Of Permanent Ground Deformation For Buried Pipelines, Proc.  2nd  U.S._Japan  Workshop  on Liquefaction  Large Ground Deformation and Their Effects on Lifeline Facilities,  (1989) 413-425.
[12]  K. Badv, K.E. Daryani, An Investigation Into The Upward And Lateral Soil-Pipeline Interaction In Sand Using Finite Difference Method, Iranian  Journal  of Science  & Technology, Transaction B: Engineering, 34 (2010) 433-445.
[13] A. Tsatsis, F. Gelagoti, G. Gazetas, Buried pipelines subjected to landslide-induced actions, in:  1st International Conference on Natural Hazards & Infrastructure, Chania, Greece, 2016.
[14] M.J. O’Rourke, Approximate Analysis Procedures For Permanent Ground Deformation Effects On Buried Pipeline, Proc 2nd US_Japan Workshop on Liquefaction Large Ground Deformation and Their Effects on Lifeline Facilities,  (1989) 336-347.
[15]  FLAC3D, Online Manual Table of Contents. Itasca Consulting Group Inc., in.
[16]  R.L. Michalowski, Stability Charts for Uniform Slopes, Journal  Of  Geotechnical  And Geoenvironmental Engineering ASCE 128(4) (2002) 351-355.
[17]  A.W. Bishop, N.R. Morgenstern, Coefficients For Earth Slopes, Geotechnique, 10(4) (1960) 129-150.
[18]  R.J. Jardine, Z.X. Yang, B.T. Zhu, P. Foray, C.H.C. Tsuha, Sand Grain Crushing and Interface Shearing During Displacement Pile Installation in Sand, Geotechnique, 60 (2010) 469-482.
[19] B.M. Das, Principles Of Geotechnical Engineering 2002.