شبيه سازي عددي تغييرمكان عرضي لوله مدفون بر اثر ناپايداري شيرواني ها

Numerical Simulation of Transverse Deformations of Buried Pipelines Due to Slope Instability

خطوط لوله ي مدفون براي انتقال آب، سوخت مايع، گاز، نفت و غيره كاربرد دارند كه ممكن است بر روي شيرواني مستقر باشند. خطر اين لوله ها، ناپايداري شيرواني بوده كه منجر به اعمال تغييرشكل هاي بزرگ به لوله مي شود. براي مدل سازي اين مسيله، عمدتا از روش هاي تير-فنر و تحليلي استفاده مي شود و كمتر، روش هاي عددي مبتني بر محيط پيوسته بكارگرفته شده است. ضرورت توجه به اين مسيله، دقت اين روش ها در تخمين رفتار لوله است. در اين مقاله، از شبيه سازي عددي با نرم افزار سه بعدي FLAC 3D استفاده شده است. ابتدا روش محيط پيوسته با روش تير-فنر و روابط تحليل مقايسه شده و سپس، به شبيه سازي يك مسيله واقعي پرداخته شده و نتايج جهت بررسي دقت روش، مقايسه شده اند. مقايسه ي نتايج اين پژوهش با ساير روش ها نشان مي دهد كه روابط ساده موجود مي تواند رفتار تغييرشكل لوله تحت بار جانبي را با تقريب تخمين بزند. ولي مدل سازي عددي مي تواند تغييرمكان و كرنش هاي بوجودآمده را با دقت بيشتري پيش بيني كند. باتوجه به سه بعدي بودن مسيله، تنها كافي است طول كوچكي از لوله كه در طرفين منطقه رانش قرار گرفته است، در مدل سازي لحاظ شود. مطالعات حساسيت نشان مي دهد با انجام اقداماتي نظير افزايش قطر لوله و افزايش ضخامت جداره لوله، مي توان تغييرمكان ها، تنش ها و كرنش هاي ايجاد شده در لوله را تا حدي كاهش داد. با افزايش تغييرمكان زمين، كرنش بيشينه لوله به طور خطي افزايش يافته و از تغييرمكان بحراني به بعد، كرنش بيشينه لوله ثابت مي ماند.

Buried pipelines are used to transport water, liquid fuel, gas, oil, etc and they must remain in service in all circumstances such as permanent transverse ground deformation caused by slope instability. In the literature, modeling of soil-pipe interaction is carried out by using two methods of soil-equivalent springs and continuum. In this paper, numerical simulation in domain of continuum is applied to predict the behavior of the pipe embedded inside the slope. Problem modeling has been done in the FLAC 3D software by using finite difference method. The effect of parameters such as pipe diameter and thickness, width of the slope, soil adhesion and internal friction angle of soil on soil and pipe interactions were investigated. Comparison of the present numerical model with other numerical, analytical and physical models, indicates that the maximum displacement of the transverse ground and pipe occurs in the center of the area and reaches zero in the sides. Also, the anchor and force in the pipe are symmetric to the center of the model and reach a maximum value in the center. By taking steps such as increasing the diameter of the pipe, increasing the thickness of the pipe wall and reducing the angle of the slope, the displacements, tensions and strains created in the pipe can be reduced to some extent. On the other hand, the internal angle of friction of the soil and cohesion are effective in increasing the soil's resistance and also reducing the deformations in the pipe.