埋地HDPE管道的受力響應(yīng)與加筋保護(hù)

本書共7章，以HDPE管道為研究對象，針對其在地基不均勻沉降下的力學(xué)相應(yīng)特征，通過試驗(yàn)進(jìn)行了深入的研究，主要包括施工過程中埋地HDPE管道的受力變形特征、埋地HDPE管道在地基局部不均勻沉降下的力學(xué)響應(yīng)、土工合成材料對埋地HDPE管道在地基局部不均勻沉降下的加筋保護(hù)、埋地HDPE管道在斷層引發(fā)地基錯(cuò)動(dòng)下的力學(xué)響應(yīng)、HDPE管道接頭在斷層引發(fā)地基錯(cuò)動(dòng)下的力學(xué)響應(yīng)幾個(gè)方面。
本書具有較強(qiáng)的專業(yè)性和參考性，可供從事HDPE塑料管道生產(chǎn)的專業(yè)人員，涉及鋪設(shè)HDPE塑料管道的市政領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、輸氣領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考，也可供高等學(xué)校土木工程、管道工程及相關(guān)專業(yè)師生參閱。

周敏，博士，中北大學(xué)講師，博士畢業(yè)于東南大學(xué)巖土工程專業(yè)。2016.09-2017.09于加拿大女王大學(xué)進(jìn)行訪學(xué)（國家公派），師從Ian Moore教授。主要從事地下管道與土體相互作用方面的研究。擔(dān)任中美聯(lián)合非開挖工程研究中心專家委員會(huì)技術(shù)委員，在Géotechnique(JCR Q1)、J. Geotech. Geoenviron.(JCR Q2)、Acta Geotechnica(JCR Q1)、Geosynthetics International(JCR Q2)、Transportation Geotechnics(JCR Q2)、《巖土工程學(xué)報(bào)》《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》等國內(nèi)外巖土工程領(lǐng)域權(quán)威期刊發(fā)表近20篇SCI及EI檢索論文，授權(quán)3項(xiàng)國家發(fā)明專利。

1.專業(yè)性，本書針對柔性地下管道的研究有助于了解其在地基不均勻沉降條件下的力學(xué)響應(yīng)特征、結(jié)構(gòu)變形破壞演化規(guī)律，建立管道結(jié)構(gòu)的失效判別標(biāo)準(zhǔn)。 2.實(shí)用性，本書相關(guān)成果可供從事HDPE管道生產(chǎn)的專業(yè)人員參考，有助于提升管道性能、延長管道安全服役期限。

管道工程在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及人們的日常生活中占據(jù)著重要的地位。在2014 年印發(fā)的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)〔2014〕27 號） 指出： 隨著城市快速發(fā)展， 地下管線建設(shè)規(guī)模不足、管理水平不高等問題凸顯。2017 年， 在《全國城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃》（建城〔2017〕116 號） 中明確提出： 用10 年左右時(shí)間， 建成較為完善的城市地下管線體系，使地下管線建設(shè)管理水平能夠適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，應(yīng)急防災(zāi)能力大幅提升。近年來，我國頻繁發(fā)生的地基不均勻沉降事故對地下管道系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的破壞， 尤其對于埋地高密度聚乙烯（HDPE） 管道，由于其彎曲剛度較低，在地基不均勻沉降作用下更容易發(fā)生變形損壞。因此，有必要對埋地HDPE 管道在地基不均勻沉降條件下的力學(xué)響應(yīng)特征及其保護(hù)措施進(jìn)行研究。
本書依托江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“蘇錫常地面沉降區(qū)西氣東輸管線災(zāi)變機(jī)理及預(yù)警技術(shù)研究”（編號： BK20131294）、東南大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文培育基金“地基不均勻沉降誘發(fā)柔性地下管道力學(xué)響應(yīng)特征的研究”（編號：YBJJ1632），以及江蘇省普通高校研究生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目“滲水塌陷引起土體不均勻沉降誘發(fā)埋地管道工程災(zāi)變的機(jī)理研究分析”（編號： KYLX_ 0144）等課題，采用現(xiàn)場試驗(yàn)、數(shù)值模擬、室內(nèi)模型試驗(yàn)以及理論計(jì)算分析等方法，對埋地HDPE 管道在地基不均勻沉降作用下的力學(xué)響應(yīng)及其保護(hù)措施進(jìn)行研究。
本書由中北大學(xué)周敏和東南大學(xué)杜延軍撰寫，具體分工如下：杜延軍撰寫第1 章和第7 章；周敏撰寫第2~ 6 章，并負(fù)責(zé)全書統(tǒng)稿。
本書在寫作過程中參考了許多書籍、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程、論文及其他資料，主要參考文獻(xiàn)列于書末，特向相關(guān)作者表示衷心感謝。
限于著者水平及撰寫時(shí)間，書中不足與疏漏之處在所難免，敬請讀者批評指正。

周敏
2023年1月

第1章 緒論1
1.1 HDPE 管道及其應(yīng)用  1
1.2 HDPE 管道國內(nèi)外研究現(xiàn)狀  3
1.2.1 上覆土作用下管土相互作用  3
1.2.2 地基不均勻沉降下管土相互作用  7
1.2.3 土工合成材料對埋地管道的保護(hù)  13
1.2.4 柔性埋地管道接頭的力學(xué)性能  14
1.3 HDPE 管道現(xiàn)有研究總結(jié)與分析  18
1.4 本書主要內(nèi)容  19

第2章 施工過程中埋地HDPE 管道的受力變形特征22
2.1 概述  22
2.2 現(xiàn)場試驗(yàn)  23
2.2.1 試驗(yàn)現(xiàn)場條件  23
2.2.2 試驗(yàn)材料  24
2.2.3 試驗(yàn)方案  24
2.3 數(shù)值模擬  26
2.3.1 數(shù)值模型的建立  26
2.3.2 數(shù)值參數(shù)敏感性分析  29
2.4 現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果及分析  31
2.4.1 土壓力  31
2.4.2 管頂土壓力現(xiàn)有規(guī)范計(jì)算值與現(xiàn)場實(shí)測值的對比  35
2.4.3 管道豎向和水平向撓曲變形  37
2.4.4 管道撓曲變形現(xiàn)有方法計(jì)算值與現(xiàn)場實(shí)測值的對比  38
2.5 數(shù)值模擬結(jié)果及分析  41
2.5.1 數(shù)值模型的驗(yàn)證  41
2.5.2 管道頂部和側(cè)向土壓力  44
2.5.3 管道在填土高度小于其直徑時(shí)的豎向和水平向撓曲變形  52
2.5.4 管道在填土高度大于其直徑時(shí)的豎向和水平向撓曲變形  60
2.6 本章小結(jié)  67

第3章 埋地HDPE 管道在地基局部不均勻沉降下的力學(xué)響應(yīng)69
3.1 概述  69
3.2 模型試驗(yàn)材料及方案  70
3.2.1 模型試驗(yàn)箱  70
3.2.2 試驗(yàn)材料  70
3.2.3 試驗(yàn)方案  71
3.3 模型試驗(yàn)結(jié)果及分析  75
3.3.1 沒有埋設(shè)管道時(shí)土體自身的沉降變形  75
3.3.2 試驗(yàn)管道的豎向變形  79
3.3.3 填土表面的沉降位移  85
3.3.4 土壓力的變化  87
3.3.5 考慮“三向土拱效應(yīng)”的管道上覆土壓力計(jì)算方法  94
3.3.6 “三向土拱土壓力計(jì)算方法” 計(jì)算值與試驗(yàn)實(shí)測值的對比  99
3.4 本章小結(jié)  103

第4章 土工合成材料對埋地HDPE 管道在地基局部不均勻沉降下的加筋保護(hù)105
4.1 概述  105
4.2 模型試驗(yàn)材料及方案  106
4.2.1 試驗(yàn)材料  106
4.2.2 試驗(yàn)方案  106
4.3 數(shù)值模擬  110
4.3.1 數(shù)值模型的建立  110
4.3.2 數(shù)值建模的參數(shù)敏感性分析  112
4.4 模型試驗(yàn)結(jié)果及分析  114
4.4.1 試驗(yàn)管道的豎向變形  114
4.4.2 填土表面的沉降位移  117
4.4.3 土壓力的變化  119
4.4.4 管道環(huán)向應(yīng)變的變化  121
4.5 數(shù)值模擬結(jié)果及分析  125
4.5.1 數(shù)值模型的驗(yàn)證  125
4.5.2 管道豎向撓曲變形  127
4.6 本章小結(jié)  136

第5章 埋地HDPE 管道在斷層引發(fā)地基錯(cuò)動(dòng)下的力學(xué)響應(yīng)138
5.1 概述  138
5.2 模型試驗(yàn)材料及方案  139
5.2.1 模型試驗(yàn)箱  139
5.2.2 試驗(yàn)材料  140
5.2.3 試驗(yàn)方案  141
5.3 模型試驗(yàn)結(jié)果及分析  145
5.3.1 管道“四點(diǎn)彎曲” 試驗(yàn)結(jié)果  145
5.3.2 模型箱試驗(yàn)結(jié)果  147
5.3.3 模型箱試驗(yàn)結(jié)果討論  155
5.4 本章小結(jié)  157

第6章 HDPE 管道接頭在斷層引發(fā)地基錯(cuò)動(dòng)下的力學(xué)響應(yīng)159
6.1 概述  159
6.2 模型試驗(yàn)材料及方案  160
6.2.1 試驗(yàn)材料  160
6.2.2 試驗(yàn)方案  161
6.3 模型試驗(yàn)結(jié)果及分析  167
6.3.1 第1 組模型試驗(yàn)結(jié)果  167
6.3.2 第2 組模型試驗(yàn)結(jié)果  175
6.3.3 管道接頭開裂破壞時(shí)的轉(zhuǎn)角和剪切位移  176
6.3.4 管道接頭處的剪力計(jì)算  177
6.4 本章小結(jié)  181

第7章 結(jié)論與展望183
7.1 本書主要成果及特點(diǎn)  183
7.2 未來研究方向展望  186

附錄 187
附錄A 文中主要參數(shù)符號含義  187
附錄B“三向土拱土壓力計(jì)算方法”的算法流程圖  190
附錄C“三向土拱土壓力計(jì)算方法”的假定條件  191
附錄D 土工布對管道加筋保護(hù)的部分?jǐn)?shù)值模擬結(jié)果  194
附錄E 土工合成材料對管道加筋保護(hù)方法的流程圖  211

參考文獻(xiàn)	212