Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,858

1 1
1 Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering

При эксплуатации нефтепроводов, проложенных в многолетнемерзлых грунтах, в результате растепляющего воздействия трубопровода с нефтью, происходит оттаивание многолетнемерзлого грунтового массива. Как правило, такое оттаивание сопровождается развитием тепловой осадки грунтового массива, неравномерность развития которой может послужить причиной критической деформации трубопровода и, как следствие, возникновения аварийной ситуации.

Для прогноза развития ореола оттаивания вмещающего трубопровод многолетнемерзлого грунтового массива используется ряд методик, реализованных в программном комплексе Tube [4, 5]. Целью данной работы является оценка адекватности методики определения осадки программой Tube v2.0.

Методика оценки адекватности определения осадки

Оценка адекватности производится путем сравнения результатов расчетов ряда сечений трассы трубопровода программой Tube (значение величины осадки трубопровода в расчетных сечениях) с результатами расчетов тех же сечений программным комплексом Plaxis. Под осадкой в данном случае подразумевается вертикальное смещение нижней точки трубы относительно его положения в началь Задача определения осадки делится на два пункта:

1. Определение толщины слоя оттаявшего грунта (определяется результатом температурного расчёта в программе Tube 2.0)

2. Определение осадки.

Осадка определяется программой Tube по методике, изложенной в [6] средствами самой программы. В основу методики положен расчет осадки по следующей зависимости [7]:

s = sth + sp, м; (1)

где sth – составляющая осадки основания, обусловленная действием собственного веса оттаивающего грунта; sp – составляющая осадки основания, обусловленная дополнительным давлением на грунт от действия веса сооружения.

Составляющую осадки основания sth и sp, м, надлежит определять по формулам (2) и (3):

bobko01.wmf; (2)

bobko02.wmf. (3)

Для определения осадки в программном комплексе Plaxis используется методика, изложенная ниже:

Исходными данными для расчета являются результаты решения температурной задачи, физико-механические характеристики грунтов [1] и геометрическая модель, представленная на рис. 1.

Результаты решения температурной задачи добавляются в геометрическую модель в виде границ раздела грунтовых элементов по границе изоайсы «-0» для ряда расчетных лет.

Расчет производится поэтапно, количество этапов вычисления определяется как количество расчетных периодов плюс один. На первом этапе свойства инженерно-геологических элементов задаются по их состоянию на момент пуска в эксплуатацию трубопровода и производится генерация начальных напряжений в грунтовом массиве. На последующих этапах свойства мерзлых грунтов в пределах ореола оттаивания заменяются на свойства этих же грунтов в талом состоянии с последующим расчетом вертикальной деформации. Результатом моделирования вмещающего массива в программном комплексе Plaxis являются, схема распределения интенсивности вертикальных деформаций вмещающего грунтового массива на расчетный момент времени (рис. 2) и значение вертикального перемещения нижней точки трубопровода.

bobko1.tif

Рис. 1. Геометрическая модель для расчета осадки трубопровода с результатами решения температурной задачи

bobko2.tif

Рис. 2. Пример диаграммы интенсивности осадки

Расчетные участки

Рассматривается три сечения, расположенных на участке в пределах от 1779 км до 1904,4 км трассы нефтепровода ВСТО-1 [1]. Генеральное направление трассы на данном участке восточное. Ближайшие населенные пункты г. Олекминск. Рассмотрены три расчетных сечения А, Б и В на 1748,3, 1747,9 и 1747,3 км нефтепровода соответственно.

Исходные данные для расчета представлены в [1]

Результаты расчетов и сравнение

Результаты расчетов приведены для 2039г. по трем сечениям А, Б и В (ПК 1748,3, ПК 1747,9 ПК 1747,3) (см. таблица). Для каждого сечения посчитаны абсолютные погрешности осадки относительно значения осадки, вычисленного в ПК Plaxis.

Результаты расчетов осадки в ПРМ Tube 2.0 и Plaxis

Номер участка (км)

Осадка по Tube 2.0 (м)

Осадка по Plaxis (м)

Абсолютная погрешность

А(1748,3)

1,08

1,087

0,007

Б(1747,9)

1,08

1,123

0,043

В(1747,3)

1,06

1,1

0,04

В результате анализа было выяснено, что значение погрешности вычисления осадки не превышают 0,1 м, что является приемлемым значением для инженерных расчетов.

Выводы

Значение погрешности вычисления осадки не превышают 0,1 м, что является приемлемым значением для инженерных расчетов. Данная методика позволяет определять осадку вмещающего магистральный трубопровод грунтового массива с точностью, достаточной для прогноза его напряженно-деформированного состояния.