Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56

Возможные измепепня уровня грунтовых вод следует прогпознроват в зависимости от геологических и гидрогеологических условий участка, вре мени и способа выполнения строительно-монтажных работ, температуры тру бопровода и окружающего его грунта в процессе эксплуатации.

§ 2. Сопротивление грунта продольным перемещениям трубы

Самой простейшей расчетной моделью грунта при продольных перемещениях трубы является линейная модель. Эта модель впервые была предло: жена проф. Флориным и исходит из того, что сопротивление грунта прямс яролорциоиа.аьно его продольным перемещениям. С нспользоваинем это( модели был решен ряд практических задач. Однако, как показали проведенные различными авторами исследования, эту модель можно использоват! только .при рассмотрении «малых» перемещений, так как при «больших» перемещениях имеет место существенная нелинейность между сопротивле кием и перемещением. Жестко-пластическая модель грунта, с которой при нимается сопротивление грунта постоянным, может использоваться при ре шении задач, где рассматриваются большие перемещения.

Использование нелинейных моделей позволяет существенно повысит! точность результатов расчета.

Проведено большое число экспериментальных исследований по установ лению расчетной модели грунта н ее количественных параметров [8, 9, 29 Эксперименты проводились как на моделях трубопровода, так и в реаль ных условиях. Следует отметить, что количественные характеристики, полу ченные на моделях, не всегда отражают условия работы трубопровода. Объ ясняется это тем, что на механические и физические свойства грунта, ка физического тела, оказывают влияние нагрузки, обусловленные собственно массой грунта. Поэтому при моделировании взаимодействия сооружеии (трубопровода) с грунтом необходимо, как указывал проф. Г. И. Покров ский, воспроизводить то поле напряжений, которое обусловлено действие! силы тяжести.

На рис. 4 и 5 приведены результаты четырех из проведенных нами эк( периментов по определению зависимости сопротивления грунта от продол! ных перемещений трубы.

По оси абсцисс отложены продольные перемещения отрезка трубы, ка иедеформируемого тела, по оси ординат - средние значения сопротивлевн грунта сдвигу по периметру трубы.

Общая качественная характеристика зависимости сопротивления грунт от продольного сопротивления трубы соответствует приведенным диагра» мам. На диаграммах можно выделить три участка. Первый участок соо-ветствует стадии, когда между сопротивлением и перемещением имеете почти линейная зависимость. Это - первая фаза (по Н. М. Герссванову И. А. Цытовичу) напряженного сосгояния грунта фаза уплотнения, ког; грунт уплотняется н приобретает свойства упругого тела. На втором участ! пропорциональность между сопротивлением и перемещением нарушается, ч: соответствует второй фазе, когда доля упругих деформаций уменьшается происходит нарастание остаточных деформаций. Этот факт иллюстрирует! полученными при экспериментах петлями гистерезиса (рис. 4, а). Наконе третий участок - прямая, которая характеризует равномерное движение о резка трубы. Эта третья фаза напряженного состояния грунта. Она хара тернзует работу грунта в стадии предельного равновесия, т. е. когда меж, трубой и грунтом установилась пласгическвя связь, которая описывает свойством пластического тела Прапдтля-Кулона.

Как показали эксперименты (см. рис. Б), для связных грунтов (п сцеплении Сгр>0) предельное сопротивление грунта сдвигу уменьшается сравнению с максимальным. Этот факт отмечен П. П. Бородавкиным В, Д. Тараном при проведении опытов на моделях. Касаясь природы этс явления, Н. Н. Маслов отмечает, что величина сцепления, определяемая j бораторными испытаниями грунтов, состоит из двух слагаемых: иеобра:

а т.

0,1]

0,5 0,5 0,3 и 1,6 18 u,w

1,2 U.w

Рис. 4. Диаграмма «сопротивление песчаного грунта - продольное перемещение»;

а -диаметр 720 мм. высота засыпки 100 сч: / - при т-1,2 и: 2 - нри г=0.59 и;3- при T=0,S .sjii «; б - диаметр 529 мм. высота засыпки 120 см; / - при 1=2,1 и; 2- при т-0.93 и-З*; 3 -при т-1.05 sin 1,54 и

2 Заказ ,V 482

10 и,CM

Рис. о. Диаграмма «сопротивление глинистого грунта - продольное перемещение»:

о -Диаметр 273 мм, высота засыпки 80 см; / - прн т2.45 и; 2-нри т-0.63 5 - при т=0,88 sin 0,21С и: 6 -днаме1р .125 мм. высота засынкн 40 сы: I прн х=2 4 ы; 2 -при т-0.58 iP-: 3-„ри г--0.71 sin 0.184 и

ого сцепления и связности водно-коллоидной природы обратимого .харак-ря На ирел.ельнос сопротпв.1енис грунта сдвигу оказывает влияние только необратимая часть сцеп.чения. Специально поставленные опыты, проведенные Ь. Н. Жемочкпным, также показалн, что при медленном движении па-(?\iiJtHHbie силы сцепления пе восстанавливаются.

Таким образом, качественный характер взаимодействия трубопровода н ipvHTa при про.вдльных перемещениях можно описать следующей схемой. До вояннкнопення состояния прел,ельного равновесия происходит деформация структуры, п касательные напряжещш яв.1яются функцией перемещений Прн дальнейшем росте перемещений касательные напряжения остаются постоянными, притом их максимальная величина огранпчивается напряжением сдвига 1рунта, а минимальная - трением структуры.

Рассмотрим одну из возможных нелинейных зависимостей сопротпвле-ния грунта от перемещения в oo.iacTH ynpyi опластичсскнх дефор-чагшй ipvina в ви.те

T,= c«J, • (3.14)

где Г.Г - соиротивленне грунта. Приходящееся на еднннцу п.ющади; с-ко-эффнниспт, характеризующий максимальное значение сопротивления грунта; г - пока<атель нелинейности; «л - продольное перемещение.

Имея результаты экспериментальных исследований, для определения искомых параметров с и z можно воспользоваться способом панменьпшх квадратов. Прн гтом нсобхолп.мо решить систему нелинейных уравнений. Вос-поизусмся способом определения параметров уравнеинн, предложенным Б. П. Демидовичем. Сущность ею заключается в седуюшем: искомая кри-пая, описываемая уравнением (3.14), проходит через одну из характерных точек, в нашем случае через точку с координатами и™ п Tmai:. Тогда урав-нгппе (3.14) .можно представить в виде

Г3.15)

где Tniaiмаксима.тьнос сопротивленпе грунта сдвигу; Ыт - перииещение, соогвстетпующсс величине Хтя\-

Иепо.тьзуя способ напмельнн1х квадратов и приняв в качестве меры от-клоппшл величину

s„, = V (In с г In н,- - In т,)*,

нахолпм из независимых выражений коэффициенты уравнения (3.14)

52 In Uf In Т£.Тп,ях

(3.16)

[=-1

с - т

max m

(3.1 r>

,Т,.1я каждого нз опытов, имея п экспериментальных точич, определяют 1!Скомые параметры г и с.

Приведем данные, полученные нами на основании провс.ленных 58 экспериментов с трубами диаметром от 114 до 729 мм. Нспо.чьзуя теорию .ма-течапгческоп статисгики, опредс.-тим доперичсльный ннтерпа.т параметров с )аланной надежноегью Р. Считая, что результаты всех п.гмерений подчн-няются норма.1Ьному распределению, доперигельнып пнтерва.1 величины г определяется по формуле

z-t- <z<l 1 г-5

(3.18) 35

Здесь г -среднее значение коэффициента, z=5;Zi/;i; t=t{P, /г)-функция

заданной вероятности (надежности оценки) и числа измерений (опытов) nj значение / определяется но таб.нщам интеграла вероягностн; s„ выборочный стандарт

Обрабатывая результаты каждого из опытов и всех экспериментов, находим, что истпнныс Значения искомых параметров с надежностью Р- 0,9 составляют: для песчаных грунтов

для глинистых грунтов

0,278. 0.0477 •

0,233 -0,0552

:г<0,330,

:с<о,об05,

:г<0.298, ;с<0,0756.

Как показали проведенные исследования п расчеты, в Г>о.а.шинстве случаев зависимость сонротинлония грунта от продольных псремощс7и»1 и облает упругопластичсских деформаций можно линеаризировать с помощью обобщенного коэффициента касательного сопротнп.юния грунта Сх о п нред-стапнть искомую зависимость в виде

Гх- СхоЧх, (3.19)

т. е. считать показатель нелинейности z в уравнении (3.14) равным единице. Отметн-м, однако, существенное различие между napaMCTpa.vtif с в уравнении (3.14) и Сх о в уравнении (319).

Обобщенный коэффициент касательного сопротивления грунта, отражающий его уйругонласгнчсские дефор.мацш>, определяем по имеющимся экспериментальным диаграммам т т(ы) по способу, прсд.1оженному проф. Н. К. Снитко для определения обобщенного коэффициента сжатия. Для этого истинную диаграмму зависимости сопротив.тепия грунта от проло-чьных перемещений заменяем кдеалнзированнон, построенной по ана.чогян с дна-граммон Прандтля. Зная иредельнос сопротивление грунта сдвигу, определим обобщенный коэффнцненг из условия минимума ошибки. Для этого из качала координат ироведсм лотаиую оЬс (см. рис. 4) так, чтобы п.чощади, образованные экспериментальной кривой и ломаной линией были ранны. Обобщенный коэффициент касательного сопротивления грунта Сх о вычисляется как отношение Тпр/Дусл, где Дусл - перемещение, соответствующее предельному сонротнв.юнию грунта сдвигу.

Па основании проведенных нами и опубликованных в литературе результатов экснсрнментов, а также существующей нормативной классификации грунтов составлена таблица рекомендуемых значений обобщенного коэффициента касательного сонротнплснпя грунта (табл. 10).

Отметим, что учет упруюпластнческой работы грунта с помощью обобщенного линейного коэффициента обычно даст удовлетворительные результаты для практических расчетов. Применение более точной аппроксимация для этого дпаназона завпснмостн сонротивлеинй от nepcMcnienuft обычно возникает при решении обратной задачи, когда по результатам фактических перелгещеннй при сечения напряженного трубопровода определяется его напряженное состояние.

Важнейшим параметром, характеризующим диаграмму «сопротивление грунта - продольное перемещение», является предельное сопротивление грунта сдвигу Тпр.

Предельное сопротивление грунта сдвигу зависит от радиальных составляющих давления грунта по поверхности трубы и от сцепления грунта. Так как радий.иьяыс составляющие различны по поверхности трубы, то для

Таблица 10

Значение обобщенного коэффициента касательного сопротивления грунта Схо, МПа/см

расчетов целесообразно использовать интегральную сумму касательных напряжений по периметру труби.

Как показали проведенные нами эксперименты, прсде.тьное сопротивле-mie грунта сдвщу нелинейно зависит от высоты засыпки над трубой. Кроме тою. на предельное сопротив.1еннс грунта сдвигу оказывает влияние только необратимая часть сцепления, которую можно определять но методу повгор-иы>. сдвигов (при разной влажности) при нормальных ианряженяях в груи-та\, близких к действительным.

На осиолатш анализа опубликованных работ 18, 9, 49] и проведенных лйкл экспериментов для определения предельного сопротивления грунта cimiry можно рекамеидовать следующую формулу:

лр = tg «Ргр 2г,рГйЛ1)2 ig (f,p + 0,6я£>ср, (3.20)

1.е(7тр -вес трубопровода с про-.-у!чТ1)м; (frp - уго.1 внутреннего тре-йлр грунга; Yrp объелшый вес (рунта; Ch - безрамлерный коэффициент; D„ - наружный диаметр трубы; Сгр - сцепление грунта.

Первое слагаемое этой формулы учитывает вес трубопровода с про-лукгом или отрицательную плавучесть, нторое давление грунта по периметру трубы и третье необратимую часть сцепления грунта по Периметру трубы.

Коэффициент Ch, отражающий обра;юпа11не свода обрушения, за-r-.iic:iT от отношения высоты засыпки на: трубой к ее диаметру hJDs п может быть получен по графику рис. 6.

Д.тя расчетов на ЗВ!Л кривые / И 2 графика рис. 6 представлены ь виде многочленов. Коэффициент if определяется по формулам:

0.75

0,25

Рпс. 6. Коэффициент, учитывающий

образование свода обрушения: / - песчаный грунт; 2 - глинистый грунт