Nghiên cứu về Biến dạng của Ống Luồn HDPE Gợn Sóng Chôn Ngầm Dưới Ảnh Hưởng của Địa Chất Không Đồng Nhất

KSCE Journal of Civil Engineering - Tập 26 - Trang 221-235 - 2021
Wenbo Gu1,2, Kai Wu1,2, Liyuan Tong1,2, Songyu Liu1,2
1School of Transportation, Southeast University, Nanjing, China
2School of Transportation, National Demonstration Center for Experimental Road and Traffic Engineering Education, Southeast University, Nanjing, China

Tóm tắt

Bài báo này nhằm mục đích nghiên cứu sự biến dạng của ống luồn polyetylen mật độ cao (HDPE) gợn sóng chịu tác động của sự lún khác nhau của mặt đất bằng phương pháp mô phỏng kết hợp giữa phương pháp phần tử hữu hạn và phương pháp phần tử rời rạc (FDM-DEM) trong không gian 3D. Nhiều đặc tính vật lý của ống đã được khảo sát, bao gồm đường kính, gợn sóng và mô đun đàn hồi. Các hạt đất với những hình dạng khác nhau đã được xem xét. Sự biến đổi trong độ lún của các hạt đất với ba hình dạng khác nhau dưới điều kiện lún không đồng nhất đã được nghiên cứu. Hiện tượng vòm đất, bao gồm vòm đất dương và vòm đất âm, đã được phân tích riêng biệt. Kết quả cho thấy sự thay đổi trong gợn sóng của ống ảnh hưởng đến độ cứng của ống và độ ma sát giữa ống và đất đến một mức độ nào đó, đồng thời cũng gây ra sự thay đổi của biến dạng đứng của ống. Đất được tạo thành từ bốn hạt dễ dàng hình thành hiện tượng vòm đất, giúp đất ổn định hơn, từ đó giảm bớt biến dạng vòng của ống luồn.

Từ khóa

#HDPE #ống gợn sóng #sự lún không đồng nhất #phương pháp phần tử hữu hạn #phương pháp phần tử rời rạc #mô phỏng 3D #hiện tượng vòm đất.

Tài liệu tham khảo

Alzabeebee S, Chapman DN, Faramarzi A (2018) A comparative study of the response of buried pipes under static and moving loads. Transportation Geotechnics 15:39–46, DOI: https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2018.03.001 Anderson C, Wuewickreme D, Ventura C, Mitchell A (2004) Full-scale laboratory testing of buried polyethylene gas distribution pipelines subjected to lateral ground displacement. 13th world conference on earthquake engineering, August 1-6, Vancouver, BC, Canada ASTM D3080 (2011) Standard test method for direct shear test of soils under consolidated drained conditions. ASTM D3080, ASTM International, West Conshohocken, PA, USA Chan PD, Wong RCK (2004) Performance evaluation of a buried steel pipe in a moving slope a case study. Canadian Geotechnical Journal 41(5):894–907, DOI: https://doi.org/10.1139/t04-035 Choo YW, Abdoun TH, O'Rourke MJ, Ha D (2007) Remediation for buried pipeline systems under permanent ground deformation. Soil Dynamics and Earthquake Engineering 27:1043–1055, DOI: https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2007.04.002 Cundall PA, Strack ODL (1979) A discrete numerical model for granularassemblies. Geotechnique 29:47–65, DOI: https://doi.org/10.1680/geot.1979.29.1.47 Davis CA, Wham BP (2018) Buried hybrid-segmented pipes subjected to longitudinal permanent ground deformation. 8th international symposium on earthquake engineering for lifelines and critical infrastructure systems, October 17-19, Shenyang, China Dong W, J WD, Randolph MF (2010) Large-deformation finite element analysis of pipe penetration and large-amplitude lateral displacement. Canadian Geotechnical Journal 47(8):842–856, DOI: https://doi.org/10.1139/T09-147 Du YJ, Zhou M, Wang F, Arulrajah A, Horpibulsuk S (2017) Earth pressures on the trenched HDPE pipes in fine-grained soils during construction phase: Full-scale field trial and finite element modeling. Transportation Geotechnics 12:56–69, DOI: https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2017.08.002 Falagush O, McDowell GR, Yu HS (2015) Discrete element modeling of cone penetration tests incorporating particle shape and crushing. International Journal of Geomechanics 15(6), DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000463 Fernando SJ, Sergio T, Reis RM, Farfan AD, Maria AM (2020) Centrifuge and numerical modeling of moving traffic surface loads on pipelines buried in cohesionless soil. Transrortation Geotechnics 23(100340), DOI: https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2020.100340 Iwashita K, Oda M (2000) Micro-deformation mechanism of shear banding process based on modified distinct element method. Powder Technology 109(1-3):192–205, DOI: https://doi.org/10.1016/S0032-5910(99)00236-3 Jeyapalan JK, Magid BM (1987) Longitudinal stresses and strains in design of RPM pipes. Journal of Transportation Engineering 113(3):315–331, DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-947X(1987)113:3(315) Karamitros DK, Bouckovalas GD, Kouretzis GP (2007) Stress analysis of buried steel pipelines at strike-slip fault crossings. Soil Dynamics & Earthquake Engineering 27(3):200–211, DOI: https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2006.08.001 Liang Z, Yang Q, Zhang J, Zhu B (2019) Mechanical analysis of buried polyethylene pipelines under ground overload. Journal of Failure Analysis and Prevention 19(1):1–11, DOI: https://doi.org/10.1007/s11668-019-00600-6 Look BG (2013) Handbook of geotechnical investigation and design tables. Taylor & Francis, London, UK, 66–78, DOI: https://doi.org/10.1201/9780203946602 Luding S (2008) Introduction to discrete element methods: Basic of contact force models and how to perform the micro-macro transition to continuum theory. European Journal of Environmental and Civil Engineering 12(7-8):785–826, DOI: https://doi.org/10.1080/19648189.2008.9693050 Munjiza A (2004) The combined finite-discrete element method. Wiley, Hoboken, NJ, USA, 73–129 Nasser DY, Shawn K, Ryan P, Radu P (2011) Investigating pipeline-soil interaction under axial-lateral relative movements in sand. Revue Canadienne De Geotechnique 48(11):1683–1695, DOI: https://doi.org/10.1139/t11-061 O'Rourke M, Gadicherla V, Abdoun T (2005) Centrifuge modeling of pgd response of buried pipe. Earthquake Engineering and Engineering Vibration 4(1):69–73, DOI: https://doi.org/10.1007/s11803-005-0025-8 Paik KH, Salgado R (2003) Estimation of active earth pressure against rigid retaining walls considering arching effects. Geotechnique 53(7):643–653, DOI: https://doi.org/10.1680/geot.2003.53.7.643 Qin XG, Ni PP, Du YJ (2019) Buried rigid pipe-soil interaction in dense and medium sand backfills under downward relative movement: 2D finite element analysis. Transrortation Geotechnics 21(100286), DOI: https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2019.100286 Rahman MA, Taniyama H (2015) Analysis of a buried pipeline subjected to fault displacement: A DEM and FEM study. Soil Dynamics & Earthquake Engineering 71:49–62, DOI: https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2015.01.011 Remond S (2010) DEM simulation of small particles clogging in the packing of large beads. Physica A Statistical Mechanics and Its Applications 389(21):4485–4496, DOI: https://doi.org/10.1016/j.physa.2010.06.033 Rui R, Tol FV, Xia XL, Eekelen SV, Hua G, Xia YY (2016) Evolution of soil arching; 2D DEM simulations. Computers and Geotechnics 73:199–209, DOI: https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2015.12.006 Shen SL, Cui QL, Ho CE, Xu YS (2016) Ground response to multiple parallel microtunneling operations in cemented silty clay and sand. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 142(5):04016001, DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001441 Vorster TB (2006) The effects of tunnelling on buried pipes. PhD Thesis, University of Cambridge, Cambridge, UK Vu MN, Broere W, Bosch JW (2017) Structural analysis for shallow tunnels in soft soils. International Journal of Geomechanics 17(8):04017038.1–04017038.12, DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000866 Wang F, Du YJ, Yang XM (2015) Physical modeling on ground responsesto tunneling in sand considering the existence of HDPE pipes. Geotechnical Testing Journal 38(1):85–97, DOI: https://doi.org/10.1520/GTJ20140031 Wu K, Pizette P, Becquart F, Sebastien R, Liu SY (2017a) Experimental and numerical study of cylindrical triaxial test on mono-sized glass beads under quasi-static loading condition. Advanced Powder Technology 28:155–166, DOI: https://doi.org/10.1016/j.apt.2016.09.006 Wu K, Sebastien R, Noredine A, Pizette P, Becquart F, Liu SY (2017b) Study of the shear behavior of binary granular materials by DEM simulations and experimental triaxial tests. Advanced Powder Technology 28:2198–2210, DOI: https://doi.org/10.1016/j.apt.2017.05.027 Zhou M, Du J, Wang F, Liu MD (2017a) Performance of buried HDPE pipes - Part I peaking deflection during initial backfilling process. Geosynthetics International 24(4):383–395, DOI: https://doi.org/10.1680/jgein.17.00009 Zhou M, Moore ID, Lan HT (2019) Experimental study of structural response of lined-corrugated hdpe pipe subjected to normal fault. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 145(04019117), DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0002189 Zhou M, Wang F, Du YJ, Liu MD (2017b) Performance of buried HDPE pipes part II total deflection of the pipe. Geosynthetics International 24(4):396–407, DOI: https://doi.org/10.1680/jgein.17.00010