[发明专利]一种管道穿越走滑断层的设计方法

权利要求书

1.一种管道穿越走滑断层的设计方法，其特征在于，包括：

计算走滑断层所在地表最大位错量，并确定回填土土壤类型、管道埋深、管道与土壤接触面的类型、走滑断层与管道的夹角；

获取穿越所述走滑断层的管道参数，并计算平行于管道轴向的断层位移和管道法线方向上的断层位移；

建立管道穿越所述走滑断层的有限元模型，并利用获取的管道参数对所述有限元模型进行参数化处理；

利用所述有限元模型模拟所述走滑断层滑移时的管道最大应变，并根据模拟结果建立管道穿越所述走滑断层的最大应变经验公式，对所述经验公式中的待定参数进行拟合，得到管道穿越走滑断层的最大应变与各个参数的具体数值关系；

所述利用所述有限元模型模拟所述走滑断层滑移时的管道最大应变，并根据模拟结果建立管道穿越所述走滑断层的最大应变经验公式的步骤具体为：

将不同的管材应力-应变关系曲线、管径D、壁厚t参数引入有限元模型，得到不同工况下管道穿越走滑断层的最大应变；根据不同的最大应变，建立管道穿越走滑断层的最大应变ε经验公式，具体如下：

1)当走滑断层与管道的夹角小于90度时：

2)当走滑断层与管道的夹角大于90度时：

其中：x₁,x₂,...x₁₄为待定系数；D为管道直径，单位为m；t为管道壁厚，单位为m；f为走滑断层位移，单位为m；α为走滑断层与管道的夹角，单位为弧度；p为管道内压，单位为MPa；t_u为轴向土弹簧，单位为KN/m；p_u为水平方向侧向土弹簧，单位为KN/m；c为回填土的特征粘结强度；H为管道中心线的埋深；γ为土壤的有效重量；f_r为与管道土层界面相关的系数；φ为土壤的内摩擦角；C₀～C₄为与内摩擦角有关系数取值。

2.如权利要求1所述的管道穿越走滑断层的设计方法，其特征在于，所述最大位错量根据走滑断层所在地表的地质资料和地震数据来计算，具体计算公式为：log(M)＝-4.8+0.69M_w，其中：log(M)是以10为底数的常用对数，M_w为地震矩震级。

3.如权利要求1所述的管道穿越走滑断层的设计方法，其特征在于，所述回填土土壤类型包括密砂、松砂、硬粘土和松粘土；所述管道与土壤接触面的类型包括混凝土层、煤焦油、粗糙的钢表面、光滑的钢表面和熔结环氧粉末。

4.如权利要求1所述的管道穿越走滑断层的设计方法，其特征在于，所述管道参数包括管材应力-应变关系曲线、管径D、壁厚t、工作压力弹性模量E和管道允许的最大拉伸应变ε_max；

所述管材应力-应变关系曲线通过实验测得，并用Ramberg-Osgood方程进行拟合：

其中：ε为应变、σ为应力、E为工作压力弹性模量、σ_s为屈服应力；α和N为Ramberg-Osgood参数，N为非线性项的硬化参数，α为屈服偏移量；

所述最大拉伸应变ε_max为：

ε_max＝δ^{(2.36-1.58λ-0.101ξη)}(1+16.1λ^-4.45)(-0.157+0.239ξ^-0.241η^-0.315)

其中：λ为屈强比，η为缺欠深度与壁厚比率，ξ为缺欠长度与壁厚比率，δ为表观断裂韧度。

5.如权利要求1所述的管道穿越走滑断层的设计方法，其特征在于，所述建立管道穿越所述走滑断层的有限元模型，并利用获取的管道参数对所述有限元模型进行参数化处理的步骤具体包括：利用有限元软件建立有限元模型，并在建立有限元模型过程中，根据走滑断层所在地表位错量，将距离走滑断层较远的管道采用管单元离散，将走滑断层附近的管道采用弯管单元离散；将回填土土壤类型、管道埋深、管道与土壤接触面的类型、走滑断层与管道的夹角、走滑断层的断层位移和获取的管道参数引入有限元模型，实现对有限元模型的参数化处理。