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青藏高原北部常年冻土区沿活动断裂发育有移动冰丘,其对输油管道、桥梁、涵洞等工程设施具有破坏作用。应用ANSYS有限元通用程序,对移动冰丘引起的输油管道的破坏进行了三维非线性有限元数值模拟计算,揭示了移动冰丘冻胀产生的应力场、位移场与塑性变形,给出了移动冰丘冻胀导致输油管道拱曲变形及应力分布。移动冰丘导致输油管道拱曲变形,在管道内部产生的应力超过管道的强度,使管道产生塑性弯曲变形和破坏,导致输油管道局部报废。移动冰丘导致输油管道拱曲变形的三维有限元数值模拟能够为管道工程设计和地质灾害防治提供依据。在数值模拟的基础上,提出了灾害防治措施。 相似文献
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青藏高原北部移动冰丘破坏桥墩的数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
青藏高原北部常年冻土区断裂破碎带发育的移动冰丘对桥梁、涵洞、输油管道等工程设施具有不同形式的破坏作用。考虑移动冰丘与工程设施的相互作用,根据野外观测和实验资料设计模型,应用三维有限元数值模拟方法,计算移动冰丘冻胀产生的位移场、应力场和桥墩弯曲应力,分析桥墩破裂机理。结果表明,移动冰丘能够产生11～-21 MPa的轴向应力和15～-31 MPa的主应力,在桥墩周围形成不同规模的应力集中区,导致桥墩发生显著偏移。桥墩的偏移和弯曲能够在桥墩内部产生高达61.9～64.6 MPa的张应力和-45.0～-49.0 MPa的压应力,超过桥墩的强度极限。在粗细桥墩连接部位,外侧形成张应力集中区,最大张应力达26～30 MPa;内侧形成压应力集中区,最大压应力达-25～-28.8 MPa。粗细桥墩连接部位外侧的张应力超过了钢筋混凝土的抗张强度,产生与野外观测资料基本吻合的桥墩破裂和结构破坏。移动冰丘导致桥墩变形破坏的三维有限元数值模拟能够为常年冻土区桥梁工程设计和地质灾害防治提供力学参数和科学依据。 相似文献
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青藏高原北部铁路沿线移动冰丘的特征及其灾害效应 总被引：1，自引：0，他引：1
青藏高原北部常年冻土地区部分断裂破碎带发育移动冰丘。青藏铁路沿线典型移动冰丘包括不冻泉活动断裂诱发移动冰丘、乌丽活动断裂诱发86道班移动冰丘、二道沟盆南断裂破碎带桥梁施工诱发雅玛尔河移动冰丘、断裂破碎带桥基施工诱发83道班移动冰丘和乌丽盆北断裂破碎带DK1202+668大桥中部桥墩施工诱发85道班移动冰丘。移动冰丘的形成演化与活动断裂、地下水运动、气温变化存在动力学成因联系,是青藏高原北部常年冻土地区内动力与外营力相互耦合的标志和产物。移动冰丘能够穿刺公路路基、拱曲破坏涵洞结构、导致桥梁墩台破裂和输油管道拱曲变形,产生显著的灾害效应,成为高寒环境地质灾害的重要类型。采用适当的工程措施,通过疏导、排放地下泉水,能够有效地防治移动冰丘及灾害效应。 相似文献
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青藏铁路沿线发育6个典型移动冰丘,冰丘冻胀对线路工程具有严重破坏作用,导致桥墩扭裂、涵洞破裂与输油管道弯曲变形,产生显著的灾害效应。83道班移动冰丘发育于二道沟盆地南侧两组断层的交叉复合部位,属断层破碎带桥基施工诱发移动冰丘;夏季表现为上涌泉水,形成泉坑;冬季形成厚度达0.5m的冰幔和高达2.5m的冰丘,产生了比较严重的灾害隐患。在泉水富集部位,通过修筑堤坝、泉水池和排水通道,改变了泉水的运移路线,消除了移动冰丘及灾害隐患,确保了83道班铁路大桥的工程安全,为青藏铁路沿线移动冰丘的工程防治积累了成功经验。 相似文献
5.
Zhenhan Wu Patrick J. Barosh Daogong Hu Zhonghai Wu Ye Peisheng Liu Qisheng Zhou Chunjing 《Engineering Geology》2005,79(3-4):267-287
Most pingos in the permafrost region of the high northern Tibetan Plateau form along active fault zones and many change position annually along the zones and thus appear to migrate. The fault zones conduct geothermal heat, which thins permafrost, and control cool to hot springs in the region. They maintain ground-water circulation through broken rock in an open system to supply water for pingo growth during the winter in overlying fluvial and lacustrian deposits. Springs remain after the pingos thaw in the summer. Fault movement, earthquakes and man's activities cause the water pathways supplying pingos to shift and consequently the pingos migrate.
The hazard posed to the new Golmud–Lhasa railway across the plateau by migrating pingos is restricted to active fault zones, but is serious, as these zones are common and generate large earthquakes. Pingos have damaged the highway and the oil pipeline adjacent to the railway since 2001. One caused tilting and breaking of a bridge pier and destroyed a highway bridge across the Chumaerhe fault. Another has already caused minor damage to a new railway bridge. Furthermore, the construction of a bridge pier in the North Wuli fault zone in July–August 2003 created a conduit for a new spring, which created a pingo during the following winter. Measures taken to drain the ground-water via a tunnel worked well and prevented damage before the railway tracks were laid. However, pier vibrations from subsequent train motion disrupted the drain and led to new springs, which may induce further pingo growth beneath the bridge.
The migrating pingos result from active fault movement promoting artesian ground-water circulation and changing water pathways under the seasonal temperature variations in the permafrost region. They pose a serious hazard to railway construction, which, in turn can further disturb the ground-water conduits and affect pingo migration. 相似文献
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青藏高原北部不冻泉移动冰丘及灾害效应 总被引：2，自引：0，他引：2
不冻泉移动冰丘发育于青藏高原北部常年冻土区断裂破碎带,2001年仅在青藏公路东南侧形成1个小型冰丘,2002年在青藏公路西北侧形成低矮冰丘群,2004-2005年发展成为大型冰丘群,2006年移动冰丘的发育高度和分布范围进一步增大。不冻泉移动冰丘不仅穿刺青藏公路路基,破坏青藏公路桥涵结构,蚕食青藏公路路堤,影响青藏公路的交通安全;而且导致输油管道拱曲变形,诱发地面塌陷和地裂缝,产生显著的灾害效应。采用适当的工程措施,通过地下疏导或地表排放沿断裂破碎带上涌的地下泉水,能够有效减轻或防治不冻泉移动冰丘的灾害效应。 相似文献
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多年冻土地区天然气资源丰富,资源勘探开发和天然气外输管道建设日益受到重视。温带地区传统、常规的天然气管道设计、施工、运维方法、技术在多年冻土区遇到很大的挑战。因此,以管道工程设计者的角度,总结多年冻土区天然气管道的设计、施工和项目风险管理3个大项14个子项关键技术,主要包括管土水、热、力耦合系列的管输气冷却技术和传热计算技术,材料、应力系列的管道断裂控制技术和基于应变的管道设计技术,公用配套系列的连续多年冻土接地技术、不连续冻土区阴极保护技术、冻土区站场基础、管道支撑设计技术和建筑物模块化和设备撬装化技术,施工系列的特殊施工装备、冰雪公路修建、低温焊接和焊缝100%检测技术,以及自然环境、社会人文和技术等风险管理技术。希望能够为北极、高山和高原多年冻土区天然气管道建设提供新思路。 相似文献
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Ronald C. Flemal 《Quaternary Research》1976,6(1):37-53
Pingos are large frost mounds which develop in permafrost as the result of the segregation of massive ground-ice lenses. At least two genetic varieties of pingos, open- and closed-systems, form under differing conditions of climate, topography, and groundwater occurrence. Active pingos are known to occur in many high latitude regions. Pingo scars are the degeneration products of pingos. Ideally they are ramparted, circular depressions, although they may be expressed in a variety of divergent forms due to differing conditions of topography, substrate materials, degree of thermokarst overprint, and erosional/depositional histories. Pingo scars occur in many modern permafrost regions. Presumed pingo scars have also been identified in many regions beyond the present permafrost limit and therefore may have utility in reconstructing former permafrost environments. 相似文献
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寒区输油管道基于应变设计的极限状态研究 总被引：5，自引：4，他引：1
寒区输油管线沿线地质环境复杂,滑坡、冻胀、融沉等自然灾害会导致管道形成大差异变形量.而差异变形量所引起的应力应变行为直接影响管道的安全服役性能,严重时会使管道破坏失效.基于寒区输油管道在实际服役工况下的受力变形条件,充分考虑冻胀效应、油压效应和热应力效应对输油管道的影响,分析了不同长度、壁厚、油压条件下轴向拉伸应变的分布规律及其影响因素.基于轴向应变设计理论准则,建立了上述条件下输油管道的极限服役状态,得到了对应状态下输油管道的许应最大极限冻胀变形量.结果分析表明,采用基于应力的设计准则偏保守,采用基于轴向应变的设计准则能更多的利用管材的变形性能.可为管道的合理设计、安全评价、完整性管理提供一定的理论参考. 相似文献
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基于弹性地基梁理论的冻胀作用下管道应力分析 总被引：3，自引：1，他引：2
穿越冻土区的埋地管线在遭遇冻土差异性冻胀时,管道会发生翘曲变形,管线将面临很大的安全隐患。为此,基于弹性地基梁理论建立冻胀条件下的管-土相互作用模型,分析了管道在冻胀及其影响因素作用下的应力分布规律,探讨了冻土地基特性（弹性模量、泊松比及地基系数）与温度的关系,对比了不同地基系数、冻胀量、管径、壁厚、温差以及上覆土厚度等特定条件下的管道应力峰值状况。计算结果表明：管道在过渡段与冻胀段及非冻胀段交界处有最大应力值,各类影响因素对管道交界处的应力影响最显著;地基系数的值越大,差异性冻胀量越大,管径越大,温差越大,管道交界处应力峰值也越大;管壁越厚,在管道交界处的应力峰值越小;管道上覆土层越厚,管道受冻胀作用弯曲应力越小,即加深上覆土层可降低管道由于冻胀抬升所产生的应力,可减缓管道变形。 相似文献
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简述了冻土灾害对埋地油气管道的影响。重点阐述了冻土区埋地油气管道基于应变的监测和评价方法。介绍了应变监测预报系统的开发及在漠大输油管道的应用。在此基础上提出:管道应变监测及其分析评价技术是保证管道安全运行的有效措施之一;通过建立应变监测预报系统,可以有效辅助管道的运行维护和管道地质灾害的减灾治理。 相似文献
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格尔木-拉萨成品油管道沿线冻土工程和环境问题及其防治对策 总被引：4，自引：3，他引：1
格尔木拉萨成品油管线穿越青藏高原腹地多年冻土区,沿线气候严寒、冻土工程地质条件复杂.几十年来,气候变暖和人类活动已经对管道沿线的冻土环境产生了显著影响.总结了自运营以来格拉管道出现的冻土工程问题及管道沿线的生态环境问题,并就各种问题给出了相关措施和建议.同时,提出了该区管道建设和寒区环境研究的方向应包括加强管道内外检测、对管道进行风险评价、提高管道自动化管理水平、建立冻土长期监测体系以及保护沿线的生态环境等. 相似文献
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中国-俄罗斯原油管道工程(漠河-大庆段)冻土工程地质考察与研究进展 总被引：4，自引：2，他引：2
李国玉 金会军 盛煜 张建明 俞祁浩 齐吉琳 温智 吕兰芝 童长江 郭东信 王绍令 魏智 杨思忠 吉延俊 于少鹏 何瑞霞 常晓丽 郝加前 陈友昌 吴伟 翟镇远 赵意民 《冰川冻土》2008,30(1):170-175
在2005-2007年期间,先后3次对中国-俄罗斯原油管道漠河-大庆段沿线的冻土工程地质条件等进行科学考察,开展了冻土工程地质条件及其在气候变化和人类活动作用下的评价和预测研究.考察研究结果表明:管道沿线多年冻土在各类融区、季节冻土和水系等分隔作用下呈片状或岛状分布,沿线岛状、稀疏岛状及零星岛状占多年冻土区段的40%左右;管道沿线多年冻土随着气候的转暖和人类活动的影响不断退化.地形地貌单元、植被分布、地表水分条件的变化等局部因素对多年冻土的分布和地下冰的赋存产生重要的影响,管道沿线大约分布有50 km左右的沼泽湿地,其表层为腐殖质土及泥炭层,泥炭层下面分布着含土冰层或地下冰,是管道沿线最差的冻土工程地质地段;由于中俄原油管道沿线水系发育多,冻胀丘、冰椎和冰幔等不良冻土现象广泛分布.科学考察的成果为管道沿线冻土工程地质条件评价和预测、管道的稳定性影响分析以及后期的长期检测系统设置等研究奠定坚实的基础,进一步为即将开工的中俄原油管道漠河-大庆段工程的设计、施工提供科学依据. 相似文献
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基于气候干燥度的青藏高原多年冻土区分类新方案 总被引：2，自引：0，他引：2
采取综合分析与主导因素相结合的原则, 阐明了青藏高原各大地貌单元的大气环流及自然景观特征, 描述了高原多年冻土形成和分布格局. 基于综合地域分异规律, 以年降水量和干燥度(蒸发/降水)作为主要指标, 并参考年平均气温、气温年较差及年平均空气湿度等, 结合地形因素将高原多年冻土划分为: 湿润型、亚湿润型、半干旱型、干旱型和极干旱型五种类型, 并对各类多年冻土的代表性地区的冻土特征分别进行论述. 该分类方法适合于小比例尺的冻土测绘和制图. 相似文献
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青藏高原唐古拉山南北两侧在地形地貌、地理和气候特征上存在显著差异,多年冻土的发育状况和特征也明显不同。受第二次青藏高原综合科学考察研究等项目资助,多年冻土对亚洲水塔的影响专题考察分队分别于2019年和2020年的10—11月对唐古拉山各拉丹冬南侧的色林错上游扎加藏布源区（简称“湖源区”）和北侧的长江上游沱沱河源区（简称“江源区”）进行了多年冻土野外考察。利用钻探、坑探、地球物理勘探等方法对多年冻土的分布边界、多年冻土剖面的地层、地下冰等特征进行了描述和取样,同步构建了多年冻土温度和活动层水热观测网络,为多年冻土对亚洲水塔影响的机理分析、数值模拟以及情景预估提供数据保障。对野外调查资料的初步分析认为,各拉丹冬南北两坡地层沉积类型和地下冰赋存状态存在明显差异,北坡多年冻土的热稳定性、地下冰含量、冰缘地貌类型多样性均高于南坡,但由于受到构造地热、河流融区等多种因素的影响,北坡的冻土分布形式更为复杂。江源区100 m钻孔剖面揭示了连续分布的、厚度大于50 m的地下冰;在该区域发现了多年生冻胀丘分布群,并利用钻探和地球物理勘探方法对该区域规模最大、结构最完整的冰核型冻胀丘进行了较为系统的勘察剖析。两次野外调查工作共采集钻孔岩心、表层土壤、冰水等各类样本近1.2万件,为后期区域冻土理化指标分析,冻土环境化学、古气候环境研究的开展奠定基础。 相似文献
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基于世界上几条多年冻土区修建输油气管道的经验,结合我国境内的中俄原油管道漠河－大庆段（漠大线）现场调查、油温监测和探地雷达等勘察结果,研究漠大线运营后可能面临的主要冻害问题、形成过程、影响因素、成灾机制、管道影响,提出预防和防治措施建议及进一步需要研究的主要问题。研究发现,目前漠大线面临的主要冻害问题包括融沉、冻胀丘、冰椎、冻土斜坡、冰刨蚀和潜在冻胀等,在管道持续运行和环境条件改变下,这些冻融灾害可能对管道造成一定的不利影响甚至破坏。现场油温监测显示,在2011年和2012年最低和最高油温分别为0.42 ℃和16.2 ℃,全年的正油温运行是造成目前管道周围冻土融沉的主要原因。冬季部分地段出现的冻胀丘、冰椎以及浮冰对管道形成一定的潜在威胁。研究成果为中俄原油管道漠大线以及规划建设的中俄原油管道二线、中俄输气管道、格尔木－拉萨输油管道改造工程以及其他多年冻土区输油气管道设计、施工、运营和维护提供参考和依据。 相似文献
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通过建立管道与多年冻土热相互作用的计算模型,利用数值分析方法探究了不同管温（输运温度）工况下冷输天然气管道对管周土体冻融过程和多年冻土热稳定性的影响。研究表明：5℃正温输运天然气管道可造成下覆冻土上限下降约11倍管径,管周多年冻土退化严重;0℃输运会导致管底下部高温不稳定冻土范围扩大,管底土体强度及承载性能降低,不利于保持多年冻土和管道运营稳定性;-1℃和-5℃负温输运可有效提高冻土人为上限,保持管底冻土温度稳定,但-5℃时管道下部土体温度降低明显,可能导致冻胀病害发生。就管周冻土热稳定性而言,在青藏高原多年冻土区采用冷输（负温输送）工艺输运天然气有利于保护管周多年冻土,是可行的。 相似文献
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冻土区管道工程建设面临冻土工程特性及相关地质问题的严重挑战,开展管道-冻土相互作用研究对于解决管道稳定性问题具有重要的实际指导意义。综述国内外输油管道-冻土热力相互作用研究进展发现,目前研究集中在特定（定值或周期变化）油温下管周土温度场的定量描述以及差异冻胀/融沉下交界面处管道力学响应规律的解耦分析,缺乏完整时空序列的现场综合观测与管土界面特性及其动态演化研究。对管道防融沉措施进行归纳总结发现,各措施应用效果缺乏管道应力与变形数据的有效支持。应加强管道本身与管道沿线次生冻融灾害监测及相关数据获取,以此为校验开展管土界面特性及演化规律的系统研究,以便构建更为合理的管土接触面单元模型,将其和具有普适性的冻土模型相结合,植入有限元软件提高管土相互作用模型计算可靠性,并建议立足管道变形角度对防融沉措施的工程应用效果予以综合评价。 相似文献