Разработка методики оценки напряженно-деформированного состояния трубопровода в зонах активных тектонических разломов с целью обеспечения его безопасной эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.02, кандидат наук Фигаров, Эльдар Намикович

• Фигаров, Эльдар Намикович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Фигаров, Эльдар Намикович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Проблемы проектирования и эксплуатации магистральных трубопроводов, прокладываемых в зонах активных тектонических разломов и постановка задач исследования

1.1 Анализ состояния магистральных трубопроводов в сейсмически опасных зонах

1.2 Обзор нормативно-технической документации и исследований по проектированию и строительству подземных трубопроводов в зонах активных тектонических разломов

1.3 Постановка задач исследования

1.4 Анализ математических моделей грунта

1.5 Выводы к Главе 1

ГЛАВА 2 Разработка математической модели взаимодействия трубопровода с упруго-вязкопластическим грунтом и методики оценки его напряженно-

деформированного состояния в зонах активных тектонических разломов

2.1 Уравнения динамики трубопровода в зонах активных тектонических разломов

с учетом упруго-вязких характеристик грунта

2.2Исследование взаимодействия трубопровода с грунтом при динамическом смещении масс грунта в зонах активных тектонических разломов

2.3 Определение зависимости нагрузок от времени взаимодействия трубопровода и грунта при скоростных подвижках

2.4 Оценка напряженно-деформированного состояния трубопровода в зоне активного тектонического разлома при смещениях масс грунта

2.5 Выводы к Главе 2

ГЛАВА 3 Разработка методики оценки местной устойчивости трубопровода при динамическом взаимодействии с грунтом в зонах активных тектонических разломов

3.1 Определение зависимости распределения внешних нагрузок по контуру трубопровода от скорости смещения масс грунта

3.2 Определение равновесного состояния сечения трубопровода при скоростном взаимодействии с грунтом

3.3 Оценка устойчивости сечения при скоростном взаимодействии трубопровода с грунтом

3.4 Выводы к Главе 3

ГЛАВА 4 Разработка рекомендаций по прохождению трубопроводами зон активных тектонических разломов

4.1 Разработка инженерного метода расчета напряженного состояния трубопровода при сейсмогенных подвижках активных тектонических разломов

4.2 Оценка влияния грунтовых условий на напряженное состояние трубопровода при сейсмогенных подвижках активных тектонических разломов типа сдвиг

4.3 Оценка влияния грунтовых условий на напряженное состояние трубопровода при сейсмогенных подвижках активных тектонических разломов типа сброс

4.4 Оценка влияния влажности грунтов на напряженное состояние трубопровода

4.5 Оценка напряженного состояния трубопровода в мерзлом грунте

4.6 Оценка совместного воздействия сейсмических продольных волн и поперечных подвижек в зонах активных тектонических разломов на напряженное состояние трубопровода

4.7 Влияние на напряженно-деформированное состояние трубопровода геометрических характеристик

4.8 Рекомендации по подземной прокладке трубопровода в зонах активных тектонических разломов

4.9 Выводы к Главе 4

Выводы и рекомендации

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики оценки напряженно-деформированного состояния трубопровода в зонах активных тектонических разломов с целью обеспечения его безопасной эксплуатации»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации

При выборе трассы строительства трубопроводов часто не удается избежать пересечения с районами повышенной сейсмической активности и зонами активных тектонических разломов. В существующих нормативных документах по проектированию рекомендуется выполнять надземную прокладку трубопроводов при пересечении участков с активными тектоническими разломами. Вместе с тем в настоящее время имеется большое количество подземных трубопроводов пересекающих зоны разломов, например ВСТО, Сахалин 1, Сахалин 2 и т.д. При этом в действующих нормативных документах отсутствуют методики расчета и рекомендации по подземной прокладке трубопроводов на таких участках. Учитывая тот факт, что при землетрясениях в зонах АТР могут происходить сейсмогенные подвижки грунта (смещения масс грунта, достигающие скорости прохождения поперечных волн в грунте), актуальной становится создание методики расчета напряженно-деформированного состояния трубопроводов на данных участках и разработка практических рекомендаций по их прокладке.

Цель работы

Обеспечение безопасной эксплуатации подземных трубопроводов, проложенных в зонах активных тектонических разломов, путем создания методики оценки их напряженно-деформированного состояния с учетом скорости смещения грунта и разработка рекомендаций по их прокладке в этих зонах.

Задачи исследования

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:

1. Разработать модель взаимодействия подземных трубопроводов с упруго-вязкопластическим грунтом на основе анализа исследований несущей способности, практики проектирования и эксплуатации магистральных трубопроводов, прокладываемых в зонах активных тектонических разломов.

2. Провести анализ и разработать методику расчета напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводов, проложенных в зонах

активных тектонических разломов, при смещениях грунта, протекающих с высокими скоростями.

3. Разработать методику оценки местной устойчивости трубопроводов при взаимодействии с упруго-вязкопластическим грунтом в зонах активных тектонических разломов.

4. По результатам проведенных исследований разработать практические рекомендации по обеспечению безопасной эксплуатации подземных трубопроводов, проложенных в зонах активных тектонических разломов.

Научная новизна

1. Выполнено не проводимое ранее исследование взаимодействия трубопроводов с грунтом в условиях смещений масс грунта, протекающих с высокими скоростями в зонах активных тектонических разломов, разработана модель взаимодействия трубопроводов с упруго-вязкопластическим грунтом.

2. Впервые в отечественной и зарубежной практике создана методика оценки напряженно-деформированного состояния трубопроводов при смещениях масс грунта, протекающих с высокими скоростями, и с учетом упруго-вязкопластических характеристик грунта в зонах активных тектонических разломов.

3. Разработана методика оценки потери устойчивости сечения трубы, учитывающая неравномерность нагрузки по контуру поперечного сечения трубопроводов при взаимодействии с упруго-вязкопластическим грунтом применительно к зонам активных тектонических разломов.

4. Получены зависимости напряженно-деформированного состояния трубопроводов от ускорения масс грунта и условий засыпки, что позволяет рекомендовать конкретные конструктивные решения при подземной прокладке в зонах активных тектонических разломов.

5. Обобщены и проанализированы результаты расчетов и на их основе даны рекомендации по обеспечению безопасной эксплуатации трубопроводов при прокладках в зонах активных тектонических разломов.

Практическая значимость результатов работы

Практическая значимость заключается в совершенствовании и более полном учете факторов, влияющих на безопасность эксплуатации трубопроводов в зонах АТР путем создания, использования и внедрения методики, учитывающей динамический характер нагрузок, приходящихся на трубопровод, а именно:

- в использовании в проектных организациях нефтегазовой отрасли разработанной методики оценки напряженно-деформированного состояния трубопроводов;

в использовании разработанных рекомендаций по прокладке трубопроводов в зонах АТР, обеспечивающих снижение влияния динамических подвижек грунта на трубопровод.

Методы решения поставленных задач

Поставленные задачи решаются аналитическими и численными методами с применением метода конечных элементов.

Объектом исследований является линейная часть подземных магистральных трубопроводов, пересекающих зоны активных тектонических разломов.

Предметом исследований является методика по определению напряженно-деформированного состояния трубопроводов на участках пересечения зон активных тектонических разломов при динамических подвижках грунта.

Положения, выносимые на защиту

1. Методика оценки напряженно-деформированного состояния трубопроводов при его динамическом взаимодействии с окружающим упруго-вязкопластическим грунтом при смещении масс грунта в зонах активных тектонических разломов.

2. Методика оценки потери устойчивости сечения трубопроводов, учитывающая скорость смещения грунта в зонах активных тектонических разломов.

3. Рекомендации по обеспечению безопасной эксплуатации трубопроводов при смещениях масс грунта в зонах активных тектонических разломов.

Степень достоверности

Достоверность результатов определяется аналитическими методами решения поставленных задач и обеспечивается тем, что в основе работы лежит известная, хорошо проверенная модель трубопровода как упругой балки, обобщенная автором для более сложного характера взаимодействия с грунтовым основанием. Достоверность подтверждается совпадением результатов аналитического и численного решения задач. При решении задач численными методами использовалась современная компьютерная техника с лицензионным программным обеспечением, включая комплекс Атув.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на IV Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты»; научно-техническом совете ОАО ВНИИСТ; второй Российской научно-практической конференции «Актуальные вопросы нефтегазового строительства», получив положительную оценку ведущих специалистов этого направления отрасли.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 5 работ в ведущих рецензируемых изданиях и журналах,; рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, рекомендаций и библиографического списка использованной литературы, включающего 94 наименования. Работа изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок и 4 таблицы.

ГЛАВА 1 Проблемы проектирования и эксплуатации магистральных трубопроводов, прокладываемых в зонах активных тектонических разломов и постановка задач исследования

1.1 Анализ состояния магистральных трубопроводов в сейсмически

опасных зонах

При проектировании трасс магистральных трубопроводов не удается избежать зон повышенной опасности, в том числе зон сейсмической активности и пересечения с активными тектоническими разломами. Сейсмические районы страны, где возможны землетрясения интенсивностью 6-8 баллов по шкале МБК-64, составляют около 28 % всей территории России, а районы с землетрясениями интенсивностью 8-10 баллов - около 6%, причем это районы активного промышленного освоения. К ним относятся Северный Кавказ, Прибайкалье, Якутия, Сахалин, Камчатка и Курильские острова. Перспективные регионы по запасам углеводородов и развитию трубопроводного транспорта также расположены в потенциально сейсмически опасных районах.

Землетрясения представляют существенную опасность для сооружений, возведенных на сейсмоопасных территориях. Они являются причиной разрушений и аварий, в результате которых опасности подвергается жизнь и здоровье людей, а также экологическая обстановка окружающей среды. В работах [43, 50] приведены примеры последствий наиболее разрушительных землетрясений. Для предотвращения разрушений трубопроводов при сейсмических воздействиях необходимо изучить характер воздействия на конструкцию трубопровода, произвести оценку величины дополнительных нагрузок и обеспечить требуемый уровень безопасности для данного сейсмического района.

Большой объем строительства и эксплуатации трубопроводов приходится на сейсмоопасные районы Восточной Сибири, Прибайкалья, Дальнего Востока, где имеется достаточно много тектонических разломов и сейсмическая бальность

этих районов в большинстве случаев превосходит 8 баллов. В связи с этим при проектировании трассы трубопроводов не представляется возможным обойти зоны активных тектонических разломов.

Активные тектонические разломы являются зонами повышенной опасности при эксплуатации подземных трубопроводов. В работе [55] показано, что в зонах тектонических разломов наблюдается повышенная сейсмическая активность и смещения грунтовых масс. Обзор отказов трубопроводов в зависимости от геологических условий трасс [38] показал, что чаще всего отказы происходят в местах пересечения трассы трубопровода с активными тектоническими разломами. В связи с этим возникает необходимость в мониторинге трубопроводов в местах пересечения зон АТР [36].

Особенностью активных разломов является возможность относительного движения примыкающих блоков земной коры. В результате этого движения возникают сильные горизонтальные и вертикальные деформации грунтов, что может стать причиной аварии на подземных трубопроводах. Движения могут быть быстрыми при катастрофических землетрясениях или медленными и плавными (криповыми) [77]. Эти перемещения могут протекать с различными скоростями.

В соответствии со сводом правил по инженерно-геодезическим изысканиям [69] по скорости разрывные тектонические смещения подразделяются на криповые движения, квазипериодические движения и мгновенные сейсмогенные подвижки. Максимальные скорости смещения грунтовых масс проявляются при сейсмогенных подвижках и могут достигать скоростей вплоть до скорости прохождения поперечных волн в грунте [62].

Криповые и квазипериодические движения характеризуются скоростью перемещений в несколько десятков миллиметров в год. Подобные смещения не представляют большой опасности для напряженного состояния трубопровода ввиду их малых величин. Такие перемещения можно рассматривать как статические. Наибольшую опасность представляют сейсмогенные подвижки,

которые могут достигать в вертикальном направлении до 8 м, а в горизонтальном - до 4 м, длина зоны разрыва может достигать 80 км.

На сегодняшний день в мировой практике известны землетрясения, которые приводили к значительным перемещениям в зоне активных разломов с повреждением проложенных в ней трубопроводов.

21 июля 1952 г. в Калифорнии произошло землетрясение с магнитудой 7,5. Газопровод диаметром 85 см, пересекавший участок над тектоническим разломом, был изогнут. На поверхности земли на этом участке образовались трещины [49].

В 1984 г. на промышленной площадке газового промысла около жилого поселка Газли, расположенного примерно в 100 км от Бухары, было зафиксировано землетрясение. После землетрясения зафиксирована подвижка в очаге в виде сброса-сдвига, произошедшая в вертикальной плоскости разрыва. Анализ последствий землетрясения показал повышенную аварийность трубопроводной сети города после землетрясения, которая возросла в 1,5-2 раза [25].

В результате землетрясения в мае 1995 г. на севере о-ва Сахалин в районе г. Нефтегорска произошло значительное количество разрывов магистрального нефтепровода, идущего с о-ва Сахалина на материк.

Одним из самых значимых землетрясений мощностью 7,9 баллов произошло 3 ноября 2002 г. в Деналийском разломе в континентальной части Аляски. В результате надвига, произошедшего во время землетрясения, Трансаляскинский нефтепровод сдвинулся на 2 с лишним метра по горизонтали и на 75 сантиметров по вертикали [4]. Трансаляскинский трубопровод был спроектирован надземно и рассчитан на землетрясение силой 8.5 баллов.

Анализ последствий подобных землетрясений иллюстрирует необходимость изучения поведения трубопровода при прокладке в зонах АТР, определения возможных максимальных нагрузок, приходящихся на трубопровод для обеспечения его безопасности и с учетом этих нагрузок, осуществлять его проектирование.

В настоящее время в России спроектированы и построены действующие магистральные трубопроводы, пересекающие зоны тектонических разломов (ВСТО, Сахалин-2 и др.). До недавнего времени в нормативных документах на проектирование магистральных трубопроводов [69] при прохождении зон активных тектонических разломов требовалась надземная прокладка трубопровода. Однако подземная прокладка является более обоснованной с точки зрения экономики и снижения риска несанкционированного доступа к трубопроводу [1]. В связи с этим превалирует тенденция проектирования пересечения зон активных разломов в подземном исполнении [48]. В актуализированной версии нормативного документа допускается подземное исполнение трубопроводов в зонах АТР, что требует дополнительных исследований взаимодействия трубопровода с грунтом в этих зонах.

В настоящее время отсутствуют методы оценки увеличения напряженного состояния трубопроводов при сейсмогенных (скоростных) подвижках в зонах АТР, и рекомендации, направленные на снижение дополнительных напряжений в трубопроводе.

Данная работа направлена на исследование изменений напряженного состояния трубопроводов при сейсмогенных подвижках и установления зависимостей от смещения масс грунта, а также разработки рекомендаций, способствующих уменьшению НДС трубопроводов в зонах АТР.

Учитывая большой объем строительства подземных трубопроводов, в том числе и в зонах АТР, тема данного исследования и полученные результаты являются аюуальными.

1.2 Обзор нормативно-технической документации и исследований по проектированию и строительству подземных трубопроводов в зонах активных тектонических разломов

Магистральные трубопроводы относятся к особо ответственным сооружениям, строительство которых ведется в различных природно-климатических условиях, включая сейсмически активные районы. При

установлении сейсмических нагрузок при пересечении АТР существует большая неопределенность по величине и скорости потенциального смещения разлома. Поэтому для каждого участка пересечения тектонических разломов и сейсмически опасных зон должен разрабатываться индивидуальный подход строительства магистральных трубопроводов.

Для расчета подземного трубопровода, особенно в условиях сейсмогенных подвижек, необходимо учитывать характер воздействия окружающей среды, климатические особенности района, зимне-летний периоды и др. Вопросы динамического взаимодействия трубопровода с грунтом при сейсмических воздействиях актуальны как для отечественной, так и зарубежной практики. Однако до недавнего времени основное внимание уделялось сейсмодинамике трубопроводов, проложенных подземно вне зоны АТР и без учета влияния физико-механических характеристик грунта (вязкопластических) на НДС трубопровода.

В работе [25] приведены данные о воздействии сейсмических волн на напряженное состояние трубопровода, проложенных вне зоны АТР. Приведен ( , анализ материалов о состоянии подземных трубопроводов после землетрясений. Результаты исследований позволили авторам сделать вывод, что одной из главных причин разрушения этих сооружений являются сейсмические воздействия, направленные вдоль продольной оси трубопровода. При этом отмечено, что при пересечении трубопроводом линий тектонических разломов наибольшую опасность представляют поперечные нагрузки, воздействующие на трубопровод.

В работе [49] авторами обобщены и проанализированы материалы о последствиях ряда землетрясений, применительно к трубопроводам, резервуарам и другим сооружениям. Рассмотрены вопросы влияния грунтовых условий и капитальности объекта строительства на выбор расчетной сейсмичности, приведены сведения о механизме возникновения колебаний в рассматриваемых сооружениях и методики расчета различных систем трубопроводов и подземных резервуаров, собраны данные о существующих конструкциях сейсмостойких

трубопроводов и резервуаров. В то же время в данной работе не рассмотрены случаи строительства данных сооружений в зонах АТР.

Проблемы изучения подземных трубопроводов при сейсмических воздействиях, а также трубопроводов, пересекающих активные тектонические разломы, были рассмотрены в линейной постановке за рубежом [85, 91-94]. В этих работах не были рассмотрены вопросы изменения реологических свойств грунта и их влияние на величину нагрузок, передающихся на трубопровод. В зарубежной нормативной документации, также как и в отечественной, не рекомендуется подземная прокладка в зонах АТР, и отсутствуют методики определения напряженно-деформированного состояния подземного трубопровода в зонах активных тектонических разломов [86-90].

В работе [58] рассмотрено взаимодействие трубопровода и грунта вне зоны тектонического разлома при воздействии сейсмических волн. Рассмотрено влияние различных грунтовых условий на напряженное состояние трубопровода при сейсмических воздействиях. При этом в работе [58] не рассматривается задача взаимодействия грунта и трубопровода в зонах АТР при поперечных ■ скоростных подвижках грунта.

Изучению взаимодействия грунтов и трубопровода посвящены труды [13, 33]. В работе [13] автор подчеркивает, что расчет трубопроводных конструкций, вне связи их с грунтами, недопустим и что не учет действительных условий работы трубопроводов в грунтах приводит к заниженным расчетным нагрузкам и, как следствие, к аварийным ситуациям.

В настоящее время ни один трубопровод не должен сооружаться без предварительных оценок продольных и поперечных перемещений труб в грунте, осадок, их изменений во времени и т.п. Однако эти оценки не относятся к трубопроводам, подверженным динамическим воздействиям в зоне АТР ввиду отсутствия соответствующих методик расчета.

Взаимодействие грунтов и сооружений рассматривалось в [78, 80] где опубликованы основные положения, зависимости и методы расчета напряжений по подошвам сооружений при заданной внешней нагрузке с учетом

реологических особенностей грунтов. Однако в работах [78, 80] не рассматривается скоростное взаимодействие трубопровода с грунтом, возникающего при сейсмогенных подвижках в зонах АТР.

Характерная особенность изучения напряженного состояния трубопровода в зонах АТР заключается в том, что воздействие со стороны грунта на трубу происходит со значительными скоростями. В монографии [24] подробно рассматриваются теоретические и экспериментальные аспекты процесса, происходящего в грунтах при динамических нагружениях. Приведены данные о различном проявлении свойств грунтов при статических и динамических нагрузках.

Экспериментально-теоретическому изучению свойств грунтов при динамических нагрузках также посвящена работа [43]. В ней на основании экспериментальных исследований приведены значения динамических и статических модулей упругости для различных грунтов. Показано, что упруго-вязкая и упруго-вязкопластическая модели при динамической внешней нагрузке дают наиболее достоверные величины передачи нагрузки от грунта на сооружение.

Среди зарубежных исследователей, занимающихся изучением динамических свойств грунтов, можно отметить работы японского ученого [30]. В данной работе показано, что сопротивление грунтов динамическим нагрузкам превышает 1,5-2 раза статические нагрузки. В зарубежной литературе [93] приводится сравнительный анализ статических и динамических испытаний песчаного грунта. Сравнение статического упругого модуля из испытаний штампом с динамическим модулем при сейсмических испытаниях показало, что отношение динамического модуля при малых деформациях к статическому упругому модулю равно 8,015.

Из результатов исследований видно, что при высоких скоростях приложения нагрузок (динамическое нагружение) в первую очередь проявляются вязкоупругие характеристики грунта, что оказывает существенное влияние на

нагрузки, передающиеся на сооружения, в том числе и на трубопроводы, и приводит к результатам отличным, по сравнению со статическим нагружением.

В настоящее время для расчета перемещений подземного трубопровода в основном используется методика, приведенная в работе [1]. В соответствии с этой методикой грунт моделируется в виде упругого основания, при котором перемещения пропорциональны нагрузкам. Сопротивление ограничивается постоянной величиной, равной величине предельного сопротивления грунта. Аналогичный подход для статических и квазистатических задач также используется в некоторых зарубежных работах [86,93].

Использованный в этих работах метод пригоден для статических расчетов трубопроводов в грунте. Однако этот метод не учитывает динамические нагрузки, возникающие при скоростных подвижках в зонах АТР, что вносит существенные погрешности в расчет трубопроводов, проложенных в этих зонах.

На необходимость учета влияния скорости передачи нагрузки в грунте на подземную конструкцию, а также учета изменения реологических свойств грунта указано в работе [19]. Рассмотренные в этой работе модели наиболее полно отражают различные свойства грунтов, приведены примеры негативных последствий не учета таких свойств грунтов как вязкость, динамические, релаксационные свойства и т.д.

Исследованию динамического взаимодействия песчаного грунта, характер его трансформирования и передачу нагрузок на конструкции, проложенные в грунте, посвящена работа [40]. Вопросы взаимодействия грунтов с деформируемыми телами рассматриваются в [11]. В работе [19] коллективом автором рассмотрены проблемы сейсмостойкого строительства и взаимодействия грунта и различных сооружений при сейсмическом (динамическом) взаимодействии. Практические задачи взаимодействия различных конструкций с упруго-вязкопластическими грунтами при динамических нагружениях приведены в статьях [20, 40, 10]. В статье [29] приведены количественные данные необходимости учета упруго-вязкопластической модели грунта при динамических

воздействиях в сейсмоактивных районах. Математическое описание взаимодействия упруго-вязких сред рассмотрено в труде [58].

Все выше приведенные работы говорят о необходимости учета упруго-вязких свойств грунтов при их взаимодействии с различного рода конструкциями, но их результаты не могут быть применимы для подземных трубопроводов.

Взаимодействие оболочки и сред рассмотрено в работе [30]. Проблемы схожие с проблемами, возникающими при рассмотрении взаимодействия трубопровода и грунта, появляются и при расчете тоннелей. В работе [44] рассматриваются колебания тоннеля в грунте и указывает на необходимость учета вязкоупругого взаимодействия. Показано, что игнорирование подобного взаимодействия при расчете сооружения привели к несчастным случаям в подземных тоннелях Бостона.

Основываясь на экспериментально-теоретических исследованиях, ряд ученых акцентируют внимание на том, что при динамических нагружениях, для адекватного расчета рассматриваемого сооружения, необходимо учитывать помимо упругого нагружения также и вязкопластические характеристики грунта, возникающие при взаимодействии с сооружением. На сегодняшний день для определения напряженного состояния трубопровода широко используется программный комплекс ANSYS. Этот программный комплекс успешно применялся для определения НДС трубопровода при статических нагрузках [6,7].

За последние годы проведены исследования, по результатам которых было опубликовано несколько диссертационных работ, рассматривающих влияние АТР на напряженное состояние трубопровода [4, 5, 72]. Однако в этих работах не учитывалось влияние реологических характеристик грунта при взаимодействии с трубопроводом.

Для разработки модели взаимодействия трубопровода при динамических подвижках АТР необходимо рассмотреть физические процессы, протекающие в грунтах при динамических нагрузках, и их влияние на напряженное состояние трубопровода.

1.3 Постановка задач исследования

Безопасность эксплуатации трубопроводов обеспечивается комплексом исследований его надежности при различных внутренних и внешних воздействиях. Подземная прокладка трубопроводов требует наиболее полного рассмотрения взаимодействия трубопровода с окружающим грунтом и установления дополнительных внешних нагрузок, действующих на трубопровод при сейсмических воздействиях. Разрыв сплошности грунтовой среды при сейсмогенных процессах, проходящих с высокими скоростями, требует рассмотрения процесса скоростного приложения внешних нагрузок на трубопровод при сохранении эксплуатационных нагрузок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фигаров, Эльдар Намикович, 2014 год

Список литературы

1. Автахов, З.Ф. Безопасность магистральных трубопроводов на участках перехода тектонических разломов/ З.Ф. Автахов, П.Ю. Пионт, P.C. Трушин, В.А. Галкин// Трубопроводный транспорт (теория и практика).- 2007. - №3(9). - С. 108112.

2. Аверьянова, В.Н. Рекомендации по изучению разрывных и складчатых структур для сейсмического микрорайонирования: методический документ / В.Н. Аверьянова, A.C. Алешин, И.И. Бархатов, Ю.И. Баулин, Б.А. Матушкин, С.А. Несмеянов, В.В. Севастьянов, Г.А. Шмидт. - М.: Стройиздат, 1984. - 21 с.

3. Айнбиндер, А.Б. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость/ А.Б. Айнбиндер. - Москва: Недра, 1991. - 288 с.

4. Андреева, Е.В. Разработка методики оценки несущей способности подземных магистральных трубопроводов в сейсмически опасных зонах: дис. канд. техн. наук: 25.00.19/ Андреева Елена Владимировна. — М., 2009. - 138 с.

5. Андреева, Е.В. Оценка устойчивости трубопровода при поперечных перемещениях, вызванных сейсмическими воздействиями/ Е.В. Андреева, Г.Г Васильев//НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» ИПТЭР. - 2009. - №1 (75). - С. 43-48.

6. Алешин, В.В. Анализ прочности промышленных трубопроводов в ANSYS и ABAQUS/ В.В. Алешин, В.Б. Кобяков, В.Е. Селезнев // САПР и графика. - 2004. -№7.-С. 34-39.

7. Алешин, В.В. Численный анализ прочности подземных трубопроводов/ В.В. Алешин, В.Е. Селезнев, Г.С. Клишин. - Москва: УРСС, 2003. - 319 с.

8. Аптуков, В.Н. Приближенная оценка глубины проникания сваи в грунт при многократном ударе/ В.НАптуков, А.В.Фонарев// Вестник ПГУ «Математика. Механика. Информатика». - 2010. - №2(2). - С. 41-45.

9. Баженов, В.Г. Экспериментально-теоретическая методика определения параметров уравнения состояния грунтовых сред/ В.Г. Баженов, C.B. Зефиров, B.JI. Котов// Прикладная механика и техническая физика. - 2004.- Т. 45 № 5. - С. 140-150.

10. Баландин, В.В. Экспериментально-теоритическое изучение процессов проникания сфероконических тел в песчаную среду/ В.В. Баландин, А.М. Брагов, C.B. Крылов, Е.В. Цветкова//Вычислительная механика сплошных сред. - 2010.Т. 3 № 2. - С. 15-23.

11. Бережной, Д.В. Моделирование процессов нелинейного деформирования грунтов, взаимодействующих с деформируемыми конструкциями/ Д. В. Бережной, И. С. Кузнецова, JI. Р. Секаева// Проблемы нелинейной механики деформируемого твердого тела: Труды Второй международной конференции. -Казань: Казан, гос. ун-т, 2009. - С. 64-67.

12. Биргер, И.А. Прочность, устойчивость, колебания: в 3 т./ под общ. ред.: И.А. Биргер, Л.Г. Пановко. - Москва: изд. «Машиностроение», 1968. - 3 т.

13. Бондарь, Н.Г. Нелинейные автономные системы строительной механики/ Н.Г. Бондарь. - Москва: изд. Стройиздат, 1972. - 128 с.

14. Бородавкин, П.П. Механика грунтов в трубопроводном строительстве/ П.П. Бородавкин. - Москва: изд. Недра. -1986. - 224 с.

15. Бородавкин, П.П. Подземные магистральные трубопроводы/ П.П. Бородавкин. - Москва: изд. Энерджи-Пресс. - 2011. - 480 с.

16. Брагов, А.М. Исследование динамической сжимаемости сухого песка в диапазоне диапазона нагрузок до нескольких гигапаскалей/ А.М. Брагов, Г.М. Грушевский, А.К. Ломунов, И.В. Сергеичев// Проблемы прочности и пластичности. — 2006.- вып. 68. - С. 221-228.

17. Брагов, A.M. Анализ особенностей измерения динамических характеристик мягких грунтов методом Кольского/ A.M. Брагов, В.Л. Котов, А.К. Ломунов, И.В. Сергеичев// Прикладная и техническая физика. - 2004. - Т. 45 №4. -С. 147-153.

18. Брагов, A.M. Исследование физико-механических свойств мягких грунтов при ударе/ A.M. Брагов, А.К. Ломунов, П.В. Деменко// Труды НГГУ. - Н. Новгород: ННГУ, 2005. - С. 20-41.

19. Быховский, В.А. Сейсмостойкие сооружения за рубежом/ В.А. Быховский, К.С. Завриев, C.B. Медведев. — Москва: Издательство литературы по строительству, 1968.- 224 с.

20. Васенин, В.А. Оценка параметров колебаний грунта при ударном погружении свай. Основные следствия/ В.А. Васенин// Реконструкция городов и геотехническое строительство. Научные доклады. - 2007. - №7. - С. 210-224.

21. Виноградов, C.B. Расчет подземных трубопроводов на внешние нагрузки/ С.ВУ. Виноградов. - М.: Стройиздат. -1980. - 135 с.

22. Вялов, С.С. Реологические основы механики грунтов: учебное пособие для строительных вузов. - М.: Высшая школа, 1978. — 447 с.

23. Вялов, С.С. Подземные льды и сильно льдистые грунты как основания сооружений/ С.С. Вялов, В.В. Докучалов, Д.Р. Шейнкман. - Л.: Стройиздат, 1976. -165 с.

24. Герсеванов, Н.М. Основы динамики грунтовой массы/ Н.М. Герсеванов. -Л.: Стройиздат, 1937.-242 с.

25. Гехман, A.C. Расчет, конструирование и эксплуатация трубопроводов в сейсмических районах/ A.C. Гехман, Х.Х. Зайнетдинов. - М.:Стройиздат, 1988. -182 с.

26. Гольдштейн, М.Н. Механические свойства грунтов/ М.Н. Гольдштейн.-М.: Издательство литературы по строительству, 1971. - 368 с.

27. Голли, O.P. Определение характеристик деформируемости грунтов оснований для прогноза осадок при строительстве и реконструкции зданий/ O.P. Голли// Реконструкция городов и геотехническое строительство. Научные доклады. - 2003. - № 7. - С. 225-232.

28. Горбунов, А.П. Скорости движения и деформации каменных глетчеров/ А.П. Горбунов, Э.В. Северский// Криосфера Земли. - 2010. - T. XIV №1. - С. 6975.

29. Готцев, Д.В. Устойчивость цилиндрических горных выработок в пористых массивах со сложной реологией сжатого скелета/ Д.В. Готцев, А.Н. Стасюк // Механика предельного состояния. - 2010. - №2(66). - С. 31-40.

30. Ионина, М.Ф. Численное исследование задачи об ударе упругих цилиндрических оболочек о воду/ М.Ф. Ионина// Вычислительные технологии. — 1999. - Т. 4 №3.-С. 84-94.

31.Ионов, В.Н. Напряжения в телах при импульсивном нагружении: учебное пособие для вузов/ В.Н. Ионов, П.М Огибалов. - М.: Высшая школа, 1975. — 463 с.

32.Ишихара, К. Поведение грунтов при землетрясениях/ К. Ишихара. — Санкт-Петербург: НПО «Геореконструкция-фундаментпроект», 2006. - 384 с.

33.Кпейн, Г.К. Расчет труб, уложенных в земле/ Г.К. Клейн. - М.: Госстройиздат, 1957. - 147 с.

34.Клепиков, С.Н. Расчет конструкций на упругом основании/ С.Н. Клепиков.-Киев: изд. Буревестник,1967. - 185 с.

35.Козин, В.М. Прикладные задачи динамики ледяного покрова: монография/ В.М. Козин , В.Д. Жесткая, A.B. Погорелова. - М.: изд. Академия естествознания, 2008.-329 с.

36.Козырев, A.A. Принципы организации геомеханического мониторинга линейно-протяжённых объектов (применительно к нефте- и газопроводам)/ A.A. —¿г Козырев, Э.В. Каспарьян, С.Н. Савченко// Вестник МГТУ- 2009. - Т. 12 №4. - С. 683-689.

37.Колесников, В.А. Волновое поле во внешности цилиндра, движущегося в упругопластической среде/ В.А. Колесников// Вестник СамГУ. Естественнонаучная серия. - 2007. - №6(56). - С. 51 -61.

38.Коровкин, В.Н. Геологические условия возникновения аварийности на магистральных трубопроводах/ В.Н. Коровкин, В.К. Липский, Г.А. Шароглазова, А.Н. Соловьев, В.В. Ялтыхов// Автоматизированные технологии изысканий и проектирования. -2008. - № 1(28). - С. 50-60.

39. Котов, B.JI. Исследование о применимости автомодельного решения задачи о расширении сферической полости в сжимаемой среде для определения давления на поверхности контакта «ударник-грунт»/ В.Л. Котов// Проблемы прочности и пластичности. - 2008. - №70. - С. 123-130.

40. Котов, B.JI. Оценка эффектов поверхностного трения при нестационарном контакте элементов конструкции с песчаным грунтом/ В.Л. Котов, В.В. Баландин, А.К. Ломунов// Проблемы прочности и пластичности. - 2010. - вып. 72. — С. 137141.

41. Крикун, В.Я. Трубогибочные работы на строительстве трубопроводов/ В .Я. Крикун. - М.: Недра,1976. - 208 с.

42.Кузнецова, A.B. Численное моделирование механического поведения горных пород вокруг выработок при разных скоростях продвигания забоя/ A.B. Кузнецова, И.Ю. Смолин// Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. - 2010. - №2(10). - С. 79-87.

43.Литовченко, И.Н. Физические параметры очаговых зон сильных землетрясений земной коры Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий /И.Н. Литовченко// Известия HAK PK. Серия геологическая. — 2009. - №5. - С. 5967.

44. Львовский, В.М. Установившиеся колебания цилиндрической оболочки в упругой среде под действием подвижной нагрузки/ В.М. Львовский, В.И. Онищенко, В.И. Пожуев//Сб.: Вопросы прочности пластичности. — Днепропетровск. -1974. - С. 98-110.

45. Лятхер, В.М. Динамика сплошных сред в расчетах гидротехнических сооружений/ В.М. Лятхер, Ю.С. Яковлев. — М.: Энергия, 1976. — 391 с.

46. Ляхов, Г.М. Основы динамики взрывных волн в грунтах и горных породах/ Г.М. Ляхов. -М.: Недра, 1974. - 191 с.

47. Массарш, K.P. Деформационные свойства мелкозернистых грунтов на основе показателей сейсмических испытаний / K.P. Массарш// Реконструкция городов и геотехническое строительство. - 2005. - №9. - С. 203-220.

48. Надеин, М.А. Сахалинский трубопроводный меридиан/ М.А. Надеин, О.М. Иванцов// Трубопроводный транспорт (теория и практика). - 2009. - № 3 (15). -С. 10-17.

49. Напетваридзе, Ш.Г. Сейсмостойкость магистральных трубопроводов и специальных сооружений нефтяной и газовой промышленности/ Ш.Г. Напетваридзе, A.C. Гехман, В.В. Спиридонов. - М.: Наука, 1980. — 171 с.

50. Национальный отчет Международной ассоциации сейсмологии и физики недр Земли, Международного геодезического и геофизического Союза 2003 — 2006/ под общ. ред. А.Д. Завьялова, М.В. Невского, А.О. Глико. - Москва: Национальный геофизический комитет РАН, 2007. - 126 с.

51. Николаев, A.B. Сейсмические свойства грунтов/ A.B. Николаев. — М.: Наука, 1965.-183 е.;

52. НП 032-01 Размещение атомных станций. Основные критерии и требования по обеспечению безопасности. - М.: Госатомнадзор России, 2002. - 7 с.

53.НП 050-03 Размещение ядерных установок ядерного топливного цикла. Основные критерии и требования по обеспечению безопасности. — М.: Госатомнадзор России, 2003. - 8 с.

54.НП-060-05 Размещение пунктов хранения ядерных материалов и радиоактивных веществ. Основные критерии и требования по обеспечению безопасности. -М.: Росатом, 2005. - 12 с.

55.0всюченко, Н.И. Изучение современной активности тектонических нарушений в сейсмоопасных зонах/ Н.И. Овсюченко// Геопрофи. -2006. - №1. - С. 51-55.

56. Пионт, Д.Ю. Учет свойств грунтов обратной засыпки при пересечении трубопроводами тектонических разломов/ Д.Ю. Пионт, М.Ю. Темис, P.C. Трушин, Д.А. Спиридонов // Инженерные изыскания. - 2008. - №6. - С. 40-42.

57.Пьянков, С.А. Механика грунтов: учебное пособие/ С.А. Пьянков, З.А. Азизов.-Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 103 с.

58. Рашидов, Т. Р. Динамическая теория сейсмостойкости сложных систем подземных сооружений/ Т. Р. Рашидов.- Ташкент: ФАН, 1973.- 179 с.

59. РБ-019-01 Оценка сейсмической опасности участков размещения ядерно и радиационно опасных объектов на основании геодинамических данных. - М.: Госатомиздат России, 2001. — 10 с.

60.Ржаницын, А.Р. Некоторые вопросы механики систем, деформирующихся во времени/ А.Р. Ржаницын. - М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1949.-252 с.

61. Ржаницын, А.Р. Устойчивость равновесия упругих систем/ А.Р. Ржаницын. - М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1955.-476 с.

62. Саньков, В.А. Изучение кинематики разломов центральной части Байкальского рифта с применением комплекса радиогеодезических и геолого-геофизических методов/ В.А. Саньков, A.B. Лухнев, А.И. Мирошниченко// Сборник докладов российской научной конференции «Зондирование земных покровов радарами с синтезированной апертурой». — М.: ИРЭ им. Котельникова РАН, 2010.-С. 531-538.

63. Савинов, O.A. Сейсмостойкость магистральных трубопроводов и специальных сооружений нефтяной и газовой промышленности/ O.A. Савинов. -М.: Наука, 1980. - 172 с.

64. Саваренский, Е.Ф. Элементы сейсмологии и сейсмометрии: учебное пособие/ Е.Ф. Саваренский, Д.П. Кирнос. - М.: Наука, 1965. - 276 с.

65. Савельев, Б.А. Термика и механика природных льдов/ Б.А. Савельев.- М.: Наука, 1983.-223 с.

66. Сегаль, А.И. Прикладная теория упругости/ А.И. Сегаль. - М.: Судпромгиз, 1961.-268 с.

67. Сикаченко, В.М. К вопросу о классификации расчетных моделей грунтовых оснований/ В.М. Сикаченко/ Дороги и мосты: сборник/ ФГУП РОСДОРНИИ, 2008. - №19/1. - С. 70-85.

68. Симонов, И.В. Устойчивость, траектории и динамический изгиб затупленного тела вращения при проникании в упругопластическую среду/ И.В. Симонов, К.Ю. Осипенко //Прикладная механика и техническая физика. - 2002. -Т.45 №3. - С. 146-160.

69. СП 11-104-97 Инженерно-геодезические изыскания для строительства. — М.: Госстрой России, 1998. - 88 с.

70.СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений, актуализированная версия СНиП 2.02.01-83*. - М. Минрегионразвития, 2011. - 137 с.

71.СП 36.13330.2012 Магистральные трубопроводы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85*. - М.: Госстрой, 2013. - 92 с.

72.Сущев, Т.С. Повышение безопасности магистральных нефтепроводов на участках пересечения с АТР: диссертация канд. мат. наук: 25.00.19/ Тимофей Сергеевич Сущев. - Уфа, 2010. - 114 с.

73.Тартаковский, Г. А. Строительная механика трубопровода/ Г.А. Тартаковский. - М.: Недра, 1967. - 224 с.

74.Терцаги, К. Механика грунтов в инженерной практике/ К. Терцаги, Р. Пек. -М.: Госстройиздат, 1958. - 607 с.

75.Тимошенко, С.П. Колебания в инженерном деле/ С.П. Тимошенко. — М.: Наука, 1967.-444 с.

76.Тимошенко, С.П. Сопротивление материалов в 2 т./ С.П. Тимошенко. — М.: г. Наука, 1965.-1 т.

77.Трифонов, В.Г. Живая тектоника голоцена/ В.Г. Трифонов//Научные обзоры. - 1987. - №4. - С. 99.

78.Флорин, В.А. Основы механики грунтов: в 2 т./ В. А. Флорин. — М.: Государственное издательство литературы, 1959. - 1 т.

79. Федоров, С.В. Численное моделирование формирования каверны в грунте при воздействии потока высокоскоростных металлических ударников/ С.В Федоров, В.А. Велданов // Журнал технической физики.- 2006.- Т. 76 №7. — С. 134-137.

80. Цытович, H.A. Механика грунтов/ H.A. Цытович. - М.: Высшая школа, 1983.-288 с.

81. Чикишев, В.М. Экспериментальные исследования влияния поверхности нагружения на деформации глинистого основания / В.М. Чикишев, Я.А.

Пронозин, Р.В. Мельников, JI.P. Епифанцева // Вестник ТГАСУ. - 2010. - №2. -С.200-204.

82. Шамсабади, А. Моделирование динамического взаимодействия конструкции и грунта основания наклонного моста/ А. Шамсабади, JI. Ян//Развитие городов и геотехническое строительство. - 2006. - №10. - С. 107113.

83. Шашкин, А.Г. Упруго-вязко-пластическая модель структурно-неустойчивого глинистого грунта/ А.Г. Шашкин, К.Г. Шашкин// Реконструкция городов и геотехническое строительство. Механика грунтов. - 2005. - № 9. — С. 221-228.

84. Шашкин, А.Г. Особенности расчета фундаментов высотных зданий с учетом работы надземных конструкций в инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга/ А.Г. Шашкин, К.Г. Шашкин, В.А. Васенин // Реконструкция городов и геотехническое строительство. Высотные здания. - 2005. - №9. — С. 7179.

85. Arya, А.К. Seismic design of continuous buried pipeline/ A.K. Arya, B. Shingan, Ch. Vara Prasad // International Journal of Engineering and Science. -2008.-V.l Issue l.-P. 6-17.

86.ASCE Guidelines for the Seismic Design of Oil and Gas Pipeline System. - New York: American Society of Civil Engineers, 2001.-473 p.

87. ASME B31.4 Pipeline Transportation System for Liquid Hydrocarbons and Liquids. - New York: The American society of mechanical engineers, 2009. - 97 p.

88. ASME B31.8 Gas Transmission & Distribution Piping Systems. - New York: The American society of mechanical engineers, 2012. - 224 p.

89. BS EN 1998 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. Foundations, retaining structures and geotechnical aspects. - Brussels: BSI, 2004. - 230

P-

90. DNV-RP-D101 Structural analysis of piping system. - Hovik, Norway: Det Norske Veritas, 2008. - 42 p.

91. Jeffrey, R. K. Geotechnical challenges for design of a crude oil pipeline across an active normal fault in an urban area/ R. K. Jeffrey, G. H. Douglas //7th International Pipeline Conference. - 2008. - September 29-October 3. - P. 1-6.

92. Landslide and Land Subsidence Hazards to Pipelines: open-file report / R.L. Baum, L.G. Devin, L.H. Edwin.- U.S. Geological Survey, 2008. - 202 p.

93.IITK-GSDMA Guidelines for Seismic design of buried pipelines. - Kanpur (India): National information center of earthquake engineering, 2007. — 104 p.

94. Yu X. Field evaluation of ground stiffness by static and dynamic tests/ X. Yu. -West Lafayette: School of Civil Engineering, 2004. - P. 1-6.