高温管线-含气土热传导与液气渗流耦合作用机理及灾变调控
批准号:
52078458
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
王路君
依托单位:
学科分类:
岩土与基础工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王路君
中文摘要
我国沿海地区广泛分布含游离状微气泡的含气土。沿海地区油气管道、埋地电缆等高温管线设施经常不可避免地穿越含气土地基,由于其高压缩、低强度和温度敏感性,含气土地基往往是整条线路中受力最复杂、最易发生屈曲、断裂等灾变的区段。保障含气土地基中高温管线长期安全服役成为土木、能源领域的重要课题。.本项目基于单元体试验探究温度对含气土渗流和变形特性的影响,建立考虑温度效应的渗流模型和变形本构关系;进一步结合本构理论、渗流和传热学理论,构建含气土固-液-气-热耦合作用及其与高温管道相互作用模型,提出考虑温度效应的管土相互作用分析方法,开展高温管道-含气土相互作用离心模型试验,深入揭示含气土热传导-液气渗流-骨架变形耦合机理,并提出考虑温度效应的管线长期服役性能评估方法和调控措施。本项目提出地基热水气力耦合效应对管道服役性能影响研究新思路,将丰富管土相互作用理论,为管线服役性能评估及灾变调控提供科学支撑。
英文摘要
Gas-bearing soils with free microbubbles are widely distributed in the offshore areas whose seepage and strength characteristics are sensitive to the temperature change. High temperature pipeline facilities for oil transportation and underground cables in the offshore areas inevitably pass through the gas-bearing soils where tend to be the area with the most complex stress and highest risk of disaster owing to its high compressibility, low strength and sensitivity to temperature. Thus, the research of thermo-hydro-mechanical coupling mechanism in gas-bearing soils around high temperature pipeline has become an important topic in the fields of civil engineering and energy engineering..Based on the test study of the temperature effect on the seepage and strength characteristics of soil, the seepage model and constitutive relation considering the temperature effect are established. By combining with the constitutive equations of soils, fluid flow theory and heat transfer theory, the thermo-hydro-mechanical coupling model in gas-bearing soils is built and the analytical method of the pipe-soil interaction considering temperature effect is presented. The centrifuge modeling test of the interaction of high temperature pipeline and gas-bearing soils is carried out to reveal the coupling mechanism of heat transfer, fluid flow and soil deformation. The evaluation method and control measures of the long-time service performance of the pipelines considering temperature effect will be further brought forward. The research to be carried out will establish a new idea to study the effects of hydro-thermal coupling effect of soils on the service performance of the pipelines, and will develop the theory of pipe-soil interaction greatly, which will provide a scientific support for evaluating the service performance of the pipelines.
我国沿海地区广泛分布含游离状微气泡的含气土。沿海地区油气管道、埋地电缆等高温管线设施经常不可避免地穿越含气土地基,由于其高压缩、低强度和温度敏感性,含气土地基往往是整条线路中受力最复杂、最易发生屈曲、断裂等灾变的区段。保障含气土地基中高温管线长期安全服役成为土木、能源领域的重要课题。本项目研究围绕高温管道工作过程中高温管线-含气土热传导与液气渗流耦合作用机理及灾变调控,(1)针对温度和压力对含气土圈闭气胀缩和溶解析出特性影响,通过单元体试验探究了温度和压力对气液运移和变形特性影响规律,建立考虑温度效应的气液渗流模型和变形本构,构建了含气土固-液-气-热耦合分析模型及多场相互作用分析方法,突破了传统土力学不考虑圈闭气、传统非饱和土力学无法描述气相热胀及劣化效应的难题;(2)基于开源有限元软件OpenGeoSys平台二次开发,构建了高温管道-含气土相互作用分析模型,采用全耦合迭代求解热传递-气液运移-骨架变形过程,规避了传统分步弱耦合求解鲁棒性差、精度低的问题,确定了管周土体变形关键位置,提出了考虑地基温度效应的管线在位稳定性分析方法,将传统结构荷载下的管线承载计算方法拓展至温度和结构荷载联合作用下的高温管线承载计算方法;(3)研制了温控式管道模型、变功率加热和力学加载系统,温控范围0-80℃,模拟范围覆盖我国典型油气管道表层温度;国际首次开展高温管道-软土地基相互作用超重力试验,再现地基中热传导-液气渗流-骨架变形耦合作用及其与管线相互作用过程。拓展了高温管道长期服役性能研究手段。依托本项目发表标注项目基金号论文25篇,其中SCI收录14篇,EI收录9篇,国际会议论文2篇,授权国家发明专利5项。培养博士研究生4名,硕士研究生5名。本项目通过土力学、渗流力学和传热学交叉融合实现理论和方法创新,将丰富和发展管土相互作用理论,为含气土地区能源输运网络安全稳定运行提供科学技术支撑。
海底细粒沉积物中气体侵入运移演化机理及灾变效应评价
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批准号:R25E090006
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:王路君
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依托单位:
滨海含浅层气软土固-液-气-热耦合作用机制及长期变形特性
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批准号:LY21E080026
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2020
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负责人:王路君
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依托单位:
高温管线-含气土热传导与液气渗流耦合作用机理及灾变调控
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:58万元
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批准年份:2020
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负责人:王路君
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依托单位:
高温管道-地基水热耦合作用机制及灾变防控
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批准号:51708494
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2017
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负责人:王路君
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依托单位:
国内基金
海外基金