• ISSN 0258-2724
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静压桩对邻近埋地管道性能影响的数值分析

王嘉勇 肖成志 何晨曦

黄祖慰, 雷俊卿, 唐继舜. 考虑横坡的多箱室箱梁梁格法应用研究[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(1): 56-63. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.01.007
引用本文: 王嘉勇, 肖成志, 何晨曦. 静压桩对邻近埋地管道性能影响的数值分析[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(2): 322-329. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.014
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Citation: WANG Jiayong, XIAO Chengzhi, HE Chenxi. Numerical Analysis of Effect of Jacked Pile on Performance of Buried Pipes[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(2): 322-329. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.014

静压桩对邻近埋地管道性能影响的数值分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.014
基金项目: 

河北省研究生创新资助项目 CXZZSS2017027

河北省自然科学基金资助项目 E2014202038

国家自然科学基金资助项目 50909032

详细信息
    作者简介:

    王嘉勇(1992-), 男, 博士研究生, 研究方向为埋地管道的力学性能和加筋防护, E-mail:1935388426@qq.com

    通讯作者:

    肖成志(1976-), 男, 教授, 博士, 博士生导师, 研究方向为埋地管道、土工合成材料及其加筋土, E-mail:chengzhixiao@hotmail.com

  • 中图分类号: TU413

Numerical Analysis of Effect of Jacked Pile on Performance of Buried Pipes

  • 摘要: 为了分析静压沉桩过程对邻近埋地管道性能的影响,基于位移贯入法模拟静压沉桩的二维有限元数值方法,建立了桩-土、管-土接触面并在桩顶施加位移荷载实现动态压桩过程,并综合分析了压桩过程中沉桩深度、桩径大小、管道中心与桩体中心的水平距离以及管道的埋深等因素对管道变形与力学性能的影响.研究结果表明:同等条件下,增加管-桩水平距离,管道水平位移、径向变形和管周应力相应减小,近桩侧管周土体的最大水平应力约为不设置管道时的1.5倍;随着沉桩深度增大,初始使管道产生明显水平位移的临界沉桩深度约为管道上方1 m处,随后管道水平位移呈现先增大后略微减小,并最终趋于稳定的趋势,且当沉桩深度为2倍埋深时管道水平位移最大;管道埋深越大,管道受沉桩挤土效应的影响越明显;当埋深为5倍管径时,沉桩桩径减少25%时管道最大水平位移减少27.8%,表明减小桩径可显著降低沉桩对周边管道性能的影响.

     

  • 图 1  数值建模尺寸及边界条件

    Figure 1.  Geometry and boundary condition of model

    图 2  不同L值时管道水平位移随沉桩深度影响

    Figure 2.  Horizontal displacement of pipe varying with penetration depth of pile for different L

    图 3  管道垂直和水平径向变形比随沉桩深度的变化

    Figure 3.  Variation of ratio of deformation of pipes in vertical and horizontal direction with depth of penetrating pile

    图 4  同管-桩水平距离时管周应力分布

    Figure 4.  Stress distribution of pipes for different L

    图 5  Hp=10 m时有、无管道时沿管周土应力比

    Figure 5.  Ratio of stress around pipe and W/O pipes while Hp=10 m

    图 6  管道不同H时管道水平位移

    Figure 6.  Horizontal displacement of pipe for different H

    图 7  无管道时不同深度距桩中心2.4 m处水平方向位移

    Figure 7.  Horizontal displacements at 2.4 m away from centre of pile without pipe

    图 8  Hp=10 m时不同H对应的管道径向变形

    Figure 8.  Radial deformation varying with H while Hp=10 m

    图 9  Hp=10 m时不同H下管周环向应力

    Figure 9.  Hoop stress of pipes varying with H while Hp=10 m

    图 10  沉桩过程中管道水平位移随HDp的变化

    Figure 10.  Variation of pipe horizontal displacements with different combinations of H and Dp

    图 11  Hp为6 m和10 m时管道水平和垂直径向变形

    Figure 11.  Horizontal and vertical deformation of pipes when Hp is equal to 6 and 10 m

    图 12  沉桩结束时不同HDp对管道径向变形的影响

    Figure 12.  Effect of H and Dp on radial displacement after pile penetration

    图 13  沉桩结束时不同HDp对管周环向应力的影响

    Figure 13.  Effect of H and Dp on pipes' hoop stresses after pile penetration

    表  1  砂土模型参数

    Table  1.   Model parameters for sand

    土体 密度/
    (g·cm-3)
    弹性模
    E/MPa
    相对密
    实度%
    泊松
    μ
    内摩擦
    β/(°)
    塑流应
    力比K
    膨胀角
    ψ/(°)
    桩土摩擦
    因数f1
    管土摩擦
    因数f2
    屈服强度
    σc/kPa
    砂土 1.750 15 50 0.4 22.5 0.87 21.24 0.1 0.4 54.1
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    表  2  埋地管道力学与变形分析的数值计算方案

    Table  2.   Plan for analysing mechanical performance and deformation of buried pipes via numerical calculation

    模拟组数 影响因素
    L/D Hp/m H/D 桩径Dp/mm
    9 3, 4, 5, 6 0~10 5, 6, 7, 8 600, 800
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2017-01-02
  • 刊出日期:  2018-04-25

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