ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ В ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМАХ Постановка задачи моделирования аварий в трубопроводных системах из "Математическое моделирование трубопроводных сетей и систем каналов" Вследствие старения конструкций МТ во всем мире проводятся интенсивные работы по замене изоляции, ремонту труб и т.п., связанные с необходимостью экскавации грунта и последующей засьшки локальных подземных участков трубопроводов. До экскавации участка существенным обстоятельством является то, что трубы при строительстве укладывались на дно траншеи и при последующей засыпке и эксплуатации всегда опирались на нижележащий грунт. Также за время эксплуатации (несколько десятков лет) вынутый при рытье траншеи и засыпанный обратно грунт слежался, а характеристики его физико-механических свойств стали близки к характеристикам окружающего грунта ненарушенной структуры. [c.325] При значительных объемах таких пустот и достаточной протяженности подвергшегося экскавации участка МТ дополнительная нагрузка от засыпанного грунта может вызвать недопустимое НДС труб, повысив потенциальную опасность разрушения трубопроводной конструкции . Часто ремонт подземного участка МТ, связанный с заменой поврежденной изоляции или наложением усиливающих муфт (см. рис. 3.27), производится без снижения рабочего давления в трубопроводе. Для обеспечения безопасности экскавация протяженного участка выполняется по следующему регламенту. Раскопы трубопроводов производятся на участках длиной несколько десятков метров, между которыми оставляются не раскопанные участки. После проведения ремонтно-восстановительных работ раскопанные участки засыпаются и раскапываются остальные участки. [c.326] Определить максимальную допустимую длину раскапываемых участков можно по результатам численного анализ НДС трубопровода во время экскавации в соответствии с алгоритмами второго этапа (оболочечные модели труб, объемные модели грунта) вычислительной технологии, представленной в Разделе 3.4.2. Ввиду симметричности рассматриваемой в данной постановке задачи конструкции достаточно смоделировать сложное НДС одной из ее периодически повторяющихся частей. Пример расчетной модели такой части участка МТ, подвергшегося экскавации, и близлежащего грунта представлен на рис. 3.28. [c.326] Анализ результатов численного моделирования позволяет для каждого конкретного типоразмера труб и конкретных характеристик физико-механических свойств грунта определить максимальную длину висячего участка, когда под действием веса трубы, транспортируемого продукта и температурного перепада трубопровод претерпевает лишь незначительный изгиб (рис. 3.29), а дополнительные напряжения, возникающие в стенках труб, невелики . Незначительность прогиба раскопанного участка позволяет также пренебречь изменением формы трубы в дальнейшем, при анализе процессов засьшки и последующей эксплуатации подземного участка МТ, подвергшегося экскавации. [c.326] Точное значение максимальной допустимой длины раскапываемого участка подземного МТ необходимо знать в каждом случае конкретных типоразмеров труб и характеристик физико-механических свойств грунта для снижения затрат на ремонтные работы при обеспечении их безопасности. [c.326] Также следует учесть, что как промежуточные, так и окончательная конфигурации засыпаемого в траншею с трубой грунта зависит не только от способа засьшки, но и от характеристик его физико-механических свойств. [c.328] С другой стороны, для решения основной задачи, а именно, адекватной оценки НДС подвергшегося экскавации участка МТ, моделировать сам процесс засьшки не нужно. Важно лишь иметь правильное представление о некоторых промежуточных (квазистационарных) и, главное, окончательном (стационарном) состоянии грунта в траншее с висячим изначально трубопроводом. Это представление можно получить, используя стандартные модели МДТТ. [c.328] Для математической формализации поставленной задачи воспользуемся подходами, применяемыми при анализе устойчивости откосов и склонов в механике грунтов [143, 148, 149]. В Приложении 7 представлены некоторые, необходимые для дальнейшего изложения материала данного Раздела, базовые понятия и оценки механики грунтов на примере известных решений двух модельных задач о предельном равновесии откосов идеальных грунтов [148]. Учитывая то, что на протяженных трассах МТ встречаются типы грунтов с существенно различающимися свойствами [137, 138] - от слабосвязанных песчаных до твердых глинистых грунтов, рассмотрим сначала возможные конфигурации засыпок траншеи с трубой в предельных случаях. [c.328] в соответствии с решениями, приведенными в Приложении 7, сухой песчаный грунт, имеющий малое удельное сцепление, будет заполнять траншею, как показано на рис. 3.30. При этом контур образующейся насыпи будет близок к прямой линии, наклоненной к горизонту под углом а, примерно равным углу естественного откоса идеально сыпучего грунта (см. (П7.2)). [c.328] В то же время, твердые, полутвердые и тугопластичные глинистые грунты, обладающие высоким удельным сцеплением [137], и близкие по свойствам к идеально связанным средам, теоретически могут иметь устойчивую форму с вертикальным отко-сом высотой (см. Приложение 7) и не засыпаться под трубу совсем (рис. 3.31). [c.328] Из представленных выше оценок следует, что реальная картина засыпания грунта в траншею находится между двумя предельными случаями (см. рис. 3.30, 3.31), а динамический процесс засьшки траншеи можно представить как последовательность многократных образований и осыпаний квазистационарных грунтовых откосов. [c.329] Для участка, подвергшегося экскавации и последующей засыпке, как и для любого другого участка МТ, структура общего алгоритма численного анализа НДС и оценки прочности остается прежней. То есть анализ этих участков также проводится в три последовательных этапа. Однако, технология моделирования на этапах меняется с учетом специфических условий рассматриваемых участков. [c.331] Самой сложной задачей при автоматизации процедуры численного анализа НДС подвергшихся экскавации участков трубопроводов является определение в общем случае окончательной пространственной конфигурации окружающего трубу грунта после засыпки траншеи. Следует подчеркнуть, что сложность этой задачи заключается только в выборе наиболее рационального способа реализации ее решения в автоматизированной процедуре. [c.332] Однако, реализация процесса решения обратной задачи МДТТ в автоматизированной процедуре приведет к тому, что пользователю при производственной эксплуатации такой процедуры придется, помимо неизбежных дополнительных затрат времени, анализировать промежуточные результаты численных экспериментов и на основании результатов этого анализа задавать необходимые параметры для дальнейшего моделирования. Скорее всего, это приведет к тому, что большая часть специалистов производственных предприятий откажется от использования подобной процедуры. [c.333] Вернуться к основной статье