[发明专利]一种埋地管线下方土体流失对管线受力形变的确定方法

权利要求书

1.一种埋地管线下方土体流失对管线受力形变的确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)根据埋地管线从受力平衡到失衡的受力特征，将管线和土体抽离出来构建管-土耦合模型进行分析；

2)运用角点法求得地表荷载作用下管线的附加应力σ_z’；

3)地基土假定为各向同性、均质线性变形体，不考虑土体和边界效应的影响，运用自重应力公式计算土体作用于管线的有效自重应力σ_c；

4)考虑到管线直径比较小，管顶和管底的受力基本相同，梁的长与管线相同，宽为管线的直径D，作用在埋地管线上的上覆附加荷载为：q(x)＝(σ_z’+σ_c)D；

5)埋地管线埋置于土体中的情况比较复杂，受到的影响因素比较多，将埋地管线的上覆附加荷载假定为q(x)＝ax²+bx+c，当管线的附加荷载系数a，b为0时，可求得q(x)＝c，能够反映步骤4)中管线的受力情况；

6)根据埋地管线在土体中承载环境的差别，将管线形变段划分为管土分离区的变形和管土半分离区的变形；

7)通过管土分离区的受力与变形方程计算出管土分离区管线的位移y₁、剪力Q₁和弯矩M₁；

8)对于管土半分离区，将管线视为放置于半无限弹性地基上的半无限梁，运用Winkler地基梁理论推导出管线变形方程计算管土半分离区的位移y₂、剪力Q₂和弯矩M₂；

9)在算例的基础上，分析管线的位移、剪力以及弯矩的变化情况。

2.如权利要求1所述的埋地管线下方土体流失对管线受力形变的确定方法，其特征在于，所述步骤2)中，管线的附加应力方程形式表达为:

其中，σ_z’为平行于z’坐标轴的应力，单位：kPa；p为作用于地表的竖向均布荷载，单位：kPa；l为地表荷载的长度；b为地表荷载的宽度；z’为地表荷载距离埋地管线的深度。

3.如权利要求1或2所述的埋地管线下方土体流失对管线受力形变的确定方法，其特征在于，所述步骤3)中，管线的有效自重应力方程形式表达为:

其中，σ_c为天然地面下任意深度z’处的竖向有效自重应力，单位：kPa；n为深度z’范围内的土层总数；h_i为第i层土的厚度，单位：m；γ_i为第i层土的天然重度，单位：kN/m³。

4.如权利要求1或2所述的埋地管线下方土体流失对管线受力形变的确定方法，其特征在于，所述步骤6)中，管土分离区的受力与变形方程形式表达为：

其中，y₁为管土分离区管线的位移，l₁为管土分离区长度；M₁为管土分离区管线的弯矩；Q₁为管土分离区管线的剪力；E为管线的弹性模量；I为埋地管线的截面惯性矩；a，b，c为管线附加荷载系数；β为特征系数；y_P为管线在P₄点受到的位移，单位：m；M_P为管线在P₄点受到的弯矩，单位；kN^·m；Q_P为管线在P₄点受到的剪力，单位：kN，k为地基弹性阻力系数。

5.如权利要求4所述的埋地管线下方土体流失对管线受力形变的确定方法，其特征在于，所述步骤6)中，管土半分离区的受力与变形方程形式表达为:

其中，y₂为管土半分离区管线的位移；M₂为管土半分离区管线的弯矩；Q₂为管土半分离区管线的剪力。