地基不均勻沉降引起埋地HDPE管道與上覆土體受力變形模型試驗(yàn)研究

模型箱試驗(yàn)介紹模型箱試驗(yàn)結(jié)果和討論結(jié)論與展望研究背景和意義第一頁，共23頁。第一頁，共23頁。研究背景和意義第二頁，共23頁。第二頁，共23頁。1研究背景和意義◆埋地聚乙烯排水管管道工程技術(shù)規(guī)程(CECS164-2004)◆給水用聚乙烯(PE)管材(GB/T

13663-2000)◆聚乙烯塑鋼纏繞排水管管道工程技術(shù)規(guī)程(CECS248-2008)市政給排水管道工程工程應(yīng)用HDPE管道◆高密度聚乙烯(HDPE)管道由于其自重輕、成本低以及不用考慮防腐蝕等特點(diǎn)，在我國的地下管道系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，保證HDPE管道服役期間的安全運(yùn)行有著極為重要的意義第三頁，共23頁。第三頁，共23頁。2010年，上海虹橋排污管道2014年，江蘇鹽城市供熱管道

2014年，浙江寧波市天然氣管道

地基不均勻沉降引起HDPE管道變形的案例1研究背景和意義第四頁，共23頁。第四頁，共23頁。環(huán)向彎矩引起縱向劈裂縱向彎矩引起橫向斷裂受拉斷裂剪切破壞壓縮屈曲破壞地基不均勻沉降管道撓曲變形破壞方式1研究背景和意義第五頁，共23頁。第五頁，共23頁?！粞芯抗芡料嗷プ饔脵C(jī)理，明確HDPE管道及其上覆土體中沉降變形的傳遞規(guī)律◆明確HDPE管道上覆土體中土拱效應(yīng)的變化規(guī)律◆為減少HDPE管道工程災(zāi)變和提高服役期的安全性能，提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)管土相互作用沉降變形的傳遞1研究目標(biāo)管道的受力第六頁，共23頁。第六頁，共23頁。模型箱試驗(yàn)介紹第七頁，共23頁。第七頁，共23頁。2模型試驗(yàn)介紹模型試驗(yàn)箱示意圖◆通過模型箱底板的調(diào)節(jié)模擬地基的不均勻沉降，從而觀測(cè)其對(duì)于埋地管道受力變形的影響第八頁，共23頁。第八頁，共23頁。管道類型第一次調(diào)節(jié)第二次調(diào)節(jié)第三次調(diào)節(jié)第四次調(diào)節(jié)第五次調(diào)節(jié)第六次調(diào)節(jié)#3—1cm—3cm—5cm#41cm—3cm—5cm—#51cm—3cm—5cm—#6—1cm—3cm—5cm2模型箱試驗(yàn)介紹模型箱底板的調(diào)節(jié)◆#4和#5底板的下調(diào)表征地基沉降槽深度的增加◆#3和#6底板的下調(diào)表征地基沉降槽寬度的增加第九頁，共23頁。第九頁，共23頁。土壓力盒◆用土壓力盒以及自制的沉降板對(duì)管道及其上覆土體的受力變形進(jìn)行檢測(cè)沉降板2模型箱試驗(yàn)介紹第十頁，共23頁。第十頁，共23頁。土壓力盒和沉降板的布置示意圖◆P1和P2管道的軸線埋深保持一致，變化其縱向彎曲剛度◆P2和P3管道的縱向彎曲剛度保持一致，變化其埋深2模型箱試驗(yàn)介紹第十一頁，共23頁。第十一頁，共23頁。模型箱試驗(yàn)結(jié)果第十二頁，共23頁。第十二頁，共23頁?！綦S著模型箱底板的下調(diào)，管道頂部及其上覆土體中的土壓力均逐漸增加土壓力管道上覆土體3模型試驗(yàn)結(jié)果第十三頁，共23頁。第十三頁，共23頁?！舢?dāng)管道截面底部沉降槽的寬度增加時(shí)，管道截面頂部處的土壓力隨之增大◆當(dāng)沉降槽的深度增加時(shí)，管道截面頂部處的土壓力增大的斜率減小甚至?xí)霈F(xiàn)降低土壓力3模型試驗(yàn)結(jié)果#3#4#5#6管道截面2和截面3頂部第十四頁，共23頁。第十四頁，共23頁。管道頂部3模型試驗(yàn)結(jié)果土拱率◆在填土階段，管道上覆土體中產(chǎn)生了正土拱效應(yīng)◆在模型箱底板下調(diào)階段，管道頂部處負(fù)土拱效應(yīng)大于管道頂部50cm處。管道頂部50cm填土階段模型箱底板下調(diào)階段第十五頁，共23頁。第十五頁，共23頁。3模型試驗(yàn)結(jié)果土拱率◆在填土階段，管道上覆土體中產(chǎn)生了正土拱效應(yīng)◆在模型箱底板下調(diào)階段，管道頂部20cm處負(fù)土拱效應(yīng)大于管道頂部處。管道頂部管道頂部20cm管道頂部管道頂部20cm填土階段模型箱底板下調(diào)階段第十六頁，共23頁。第十六頁，共23頁?！粲眯拚母咚构綄?duì)于HDPE管道的變形曲線進(jìn)行擬合分析

(Peck,1969;AttewellandWoodman,1982;)修正高斯曲線3模型試驗(yàn)結(jié)果管道的沉降變形曲線第十七頁，共23頁。第十七頁，共23頁。3模型試驗(yàn)結(jié)果◆管道沉降變形曲線的寬度與模型箱底板沉降槽的深度變化無關(guān)，而隨著沉降槽寬度的增大而增大◆抗彎剛度大或者上覆土層厚度小的管道，其沉降變形曲線的寬度較大修正高斯曲線管道的沉降變形曲線第十八頁，共23頁。第十八頁，共23頁。3模型試驗(yàn)結(jié)果管道上方土體的沉降變形曲線◆管道的存在對(duì)于土體沉降產(chǎn)生了明顯的抑制作用◆抗彎剛度大的管道對(duì)于土體沉降的抑制作用較大管頂20cm管頂20cm管頂50cm管頂50cm第十九頁，共23頁。第十九頁，共23頁。沉降變形百分比：(A1/A2)*100%3模型試驗(yàn)結(jié)果管頂20cm管頂50cm管道頂部◆抗彎剛度大或者上覆土層厚度小的管道對(duì)于土體沉陷的變形抵抗能力較強(qiáng)◆上覆土層厚度小的管道對(duì)于上覆土體的沉降抑制作用較為明顯◆抗彎剛度大的管道對(duì)于上覆土體的沉降抑制作用較為明顯第二十頁，共23頁。第二十頁，共23頁。結(jié)論與展望第二十一頁，共23頁。第二十一頁，共23頁。4結(jié)論與展望◆地基沉降變形使得管道頂部及其上覆土體中的土壓力增加◆管道沉降變形曲線的寬度隨著沉降槽寬度的增大而增大，而與沉降槽的深度無關(guān)◆抗彎剛