在全球氣候變暖背景下,多年凍土地區(qū)的凍土退化給各類工程建筑物、構(gòu)筑物帶來了極大的危害。與其它工程不同,埋地油氣管道因其自身特性,對多年凍土的擾動更為劇烈。且受管道埋設(shè)深度、管道運(yùn)行溫度差異的影響,埋地式油氣管道下部多年凍土的融化固結(jié)沉降以及差異性凍脹現(xiàn)象十分顯著。為解決管道沿線受環(huán)境溫度變化以及高溫原油管道所造成的管道不均勻凍脹、融沉病害,已開展了大量的現(xiàn)場監(jiān)測以及數(shù)值模擬分析研究。由于管道常年正溫運(yùn)營,導(dǎo)致管道周圍凍土融沉、管溝積水、管道差異性沉降等問題十分嚴(yán)重。因此,掌握油氣管道運(yùn)營過程中周邊凍土熱狀況對于研究管-土相互作用以及管道病害防治十分關(guān)鍵。本文以中俄原油管道（CRCOP）為研究背景,依據(jù)中俄原油管道已有現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)及管道實(shí)際尺寸,通過一定比例的縮尺,開展了常規(guī)埋地式以及塊石管堤架設(shè)式輸油管道的室內(nèi)模型試驗(yàn)研究。試驗(yàn)過程中通過監(jiān)測管周凍土的溫度、水分變化,系統(tǒng)地研究了管道與周邊凍土的熱交換過程和水分遷移規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,利用傳熱模型與流-固耦合模型,系統(tǒng)地研究了埋地式管道與塊石管堤架設(shè)式管道對其下部凍土的長期熱影響,主要結(jié)論如下:（1）埋地式輸油管道模型試驗(yàn):管周凍土受管道... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

中俄原油管道走向及監(jiān)測示范場地

?諳?實(shí)的勘察資料對管道沿線凍土工程地質(zhì)條件進(jìn)行了區(qū)劃、分類和綜合評價[1-2,7]，圍繞管道與凍土間的熱傳遞過程和差異性凍脹和融沉所導(dǎo)致的管道變形進(jìn)行了大量卓有成效的模擬預(yù)測研究[8-15]，并就選線、設(shè)計(jì)及施工階段分別提出了合理的工程措施建議[16-18]。然而，由于所應(yīng)用的運(yùn)營油溫與觀測值偏差較大，導(dǎo)致這些預(yù)測結(jié)果和實(shí)際情況偏差較大，如管基凍土融沉、管溝積水、管道差異性沉降等問題的前瞻性研究鮮有報(bào)道。中俄原油管道（I線和II線）正式投入運(yùn)營以來，沿線多年凍土區(qū)高溫高含冰量管段發(fā)生了顯著融沉。如圖1.2a~1.2d所示，管溝地表沉降（高達(dá)1.0m）且伴有縱向裂縫、管溝上方大量積水，水土流失造成警示帶，甚至管道出露地表[19]。即在高油溫運(yùn)營的主要影響下，作為承載管道基礎(chǔ)的多年凍土目前處于快速退化狀態(tài)，管道正在面臨嚴(yán)重的融沉災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，如典型點(diǎn)監(jiān)測資料顯示，管基凍土融化進(jìn)而固結(jié)沉降導(dǎo)致管道下沉高達(dá)1.4m[20]。對于多年凍土區(qū)埋地?zé)嵊凸艿蓝�，成敗的關(guān)鍵在于凍土，凍土的關(guān)鍵問題是融沉。其他凍害如凍脹丘和冰椎等（圖1.2e、1.2f），在管道沿線廣泛分布，對管道運(yùn)行也造成潛在威脅[21]。此外，管道斷裂、原油泄露在造成大量經(jīng)濟(jì)損失的同時也對該地區(qū)土壤環(huán)境、地下水以及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，甚至進(jìn)對人類生命安全構(gòu)成威脅，并且污染清除過程中技術(shù)難度高、費(fèi)用大，可能會改變管基土的工程性質(zhì)，造成管道失穩(wěn)問題[22-24]。在此背景下，迫切需要對管道周圍凍土的溫度和含冰量變化特性及管道變形行為進(jìn)行長期現(xiàn)場觀測，及時發(fā)現(xiàn)管道凍融災(zāi)害并提出預(yù)警，對地表融沉變形明顯管段采取積極的補(bǔ)強(qiáng)措施以減小凍土融化，保證管道的完整性。受制于管道-凍土熱力相互作用監(jiān)測資料的匱乏，Wang[25-26]等僅利用

中俄原油管道周圍凍土熱狀況演化規(guī)律及塊石管堤應(yīng)用研究10(c)環(huán)境溫度控制面板(d)底板溫度控制面板圖2.1模型試驗(yàn)系統(tǒng)圖2.2模型廳構(gòu)造示意圖本次試驗(yàn)所選溫度傳感器為溫敏電阻型傳感器，該種類型溫度傳感器可采集土體內(nèi)部電阻值并按2.1式轉(zhuǎn)化為溫度信號進(jìn)行存儲，傳感器精度為±0.05°C，量程±60°C，采集間隔為1h/次；T=E×((D/(e(P-I)-C)-273.16)2)+F×(D/(e(P-I)-C)-273.16)+G（2.1）式中：C、D、E、G、I、P均為傳感器校準(zhǔn)參數(shù)。HTK-5TM水分傳感器所使用的體積未凍水測試原理為頻域反射法(FDR)，通過測量傳感器在土體中因土體電場變化而引起介電常數(shù)ε的改變來測量土體的體積未凍水，這些變化轉(zhuǎn)變?yōu)橥馏w體積未凍水對應(yīng)介電常數(shù)ε的三次多項(xiàng)式，進(jìn)而求出土體的體積未凍水（）[66-67]。通過對試驗(yàn)土樣進(jìn)行標(biāo)定，得出與ε對應(yīng)關(guān)系如下：=4.3×10-6ε3-5.5×10-4ε2+2.92×10-2ε-5.3×10-2（2.2）表2.1為土體主要成分的介電常數(shù)：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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