تاثير مشخصات خاك و زاويه عبوري از گسل بر پاسخ لوله‌هاي مدفون

Effects of Soil Properties and Fault Crossing Angle on the Behavior of Buried Pipeline

در اين مقاله پارامترهاي موثر بر رفتار لوله‌هاي مدفون از جمله طول مهاري، زاويه اصطكاك داخلي خاك، زاويه عبوري لوله و ميزان جابه‌جايي گسل نرمال بررسي شده است. براي مدل‌سازي لوله و خاك اطراف آن، از مدل تير- فنر غيرخطي و براي مدل‌سازي خاك نيز از شبيه‌سازي آن با فنرهاي غيرخطي در سه جهت محوري، جانبي و عمودي استفاده شده است. پس از تعيين طول مهاري مناسب، تاثير نوع خاك برحسب تغيير زاويه اصطكاك بررسي شد كه نتايج نشان داد با افزايش زاويه اصطكاك داخلي خاك، ميزان كرنش بيشينه و مقادير نيرو و لنگر افزايش مي‌يابند. مقايسه لنگر خمشي براي زواياي اصطكاك 20 و 40 درجه بيان‌گر افزايش حدود 30 درصدي است. هم‌چنين نتايج نشان داد با افزايش زاويه عبوري تا حدود 55 درجه، مقادير كرنش‌هاي بيشينه روند نزولي داشته و پس از آن كرنش بيشينه با افزايش زاويه افقي افزايش مي‌يابد كه اين ميزان براي زاويه افقي 85 درجه 2 برابر زاويه 55 درجه است. با توجه به نتايج مي‌توان اشاره كرد كه با تغيير زاويه عبوري لوله از گسل و انتخاب زاويه مناسب عبوري مي‌توان از به‌وجود آمدن كرنش‌هاي اضافي در لوله‌هاي مدفون، جلوگيري كرد. از اين رو، با بهينه كردن عوامل تاثيرگذار بر رفتار لوله‌هاي مدفون عبوري از گسل مي‌توان از خرابي لوله‌ها هنگام زمين‌لرزه جلوگيري به‌عمل آورد

Buried pipeline system form a key part of global lifeline infrastructure and any significant disruption to the performance of these systems often lead to undesirable impact on regional business, economies or the living condition of citizens. In this paper the response of buried pipelines at fault crossings are studied. A fault movement can be resolved into an axial component, a lateral component in the horizontal plane, and a vertical component. Applying finite element method, the effect of various parameters such as anchored length, internal friction angle of surrounding soil, fault movement and fault crossing angle on the behavior of buried pipeline were studied. Nonlinear behavior for pipe and surrounding soil are assumed using beam-spring model. Results showed an increase in internal friction angle of surrounding soil increases strain and also normalized bending moment and axial force. Comparing bending moment at friction angle of 20° and 40° shows about 30% differences with certain crossing angle we can prevent producing large strain and bending moment on pipeline.