Сопротивление грунта перемещению трубопровода вертикально вниз

При сравнительно малой мощности торфа под трубой hcл? 3D и особенно hcл? 1D, целесообразно принять расчетную схему основания в виде слоя конечной толщины. Известных решений для слоя значительно меньше, чем для полупространства, кратко рассмотрим основные из них применительно к возможности использования для торфа.

М.И. Горбунов — Посадов предложил следующее решение для упругого слоя на несжимаемом основании:

(5.20).

где: р — сила, передаваемая от трубопровода на основание или сила сопротивления основания перемещению трубопровода вертикально вниз;

щср — безразмерный коэффициент, зависящий от отношения hсл/D/;

S — перемещение трубопровода вертикально вниз;

н — коэффициент Пуассона;

Е — модуль деформации вертикально вниз.

Большие аналитические иследования выполнил К. Е. Егоров, полученная им формула применяется в нормативной литературе и по настоящее время:

(5.21).

Крупные иследование по деформируемости торфов выполнены С. С. Корчуновым. Им предложены зависимости для предельного сопротивления (несущей способности) торфа и сопротивления осадке жесткого штампа:

(5.22).

(5.23).

где: А0 и В0 — сопротивление торфа соответственно сжатию под штампом и срезу по его периметру;

k — коэффициент деформируемости залежи;

Fшт, Пшт — площадь и периметр штампа.

В дальнейшем формулы (5.22) и (5.23) нашли применение и подверждение в работе Ф. П. Винокурова с соавторами.

Предельную нагрузку для идеально связных грунтов, к каким можно отнести и торф в состоянии полного водонасыщения при ц=0 и с=фmax, определяют по известной формуле Прандля:

Значительное внимание данному вопросу уделено П. П. Бородавкиным.

Если трубопровод находится в грунте, то «…в процессе поперечного перемещения труба сначала испытывает возрастающее, а затем постоянное сопротивление со стороны грунта…» и кривые Р=f (S) хорошо аппроксимируются формулой:

(5.25).

(5.26).

где: k — коэффициент поперечного расширения, определяемый и формулы (14);

k0 — коэффициент постели грунта при сжатии;

S — перемещение трубопровода вертикально вниз.

Для жесткопластичной модели рекомендаций по определению Рпр для торфа у П. П. Бородавкина нет.

Осадку трубопроводов на болотах изучали в «Гипротюменнефтегаз». В результате исследования сжимаемости торфяной залежи под цилиндрическими штампами диаметром 108 … 820 мм. предложена такая формула:

(5.27).

где: а0 — коэффициент относительной сжимаемости торфа.

Отмечено, что расчетные осадки по (16) отличаются от фактичских на обследованных поперечниках трубопроводов в пределах до 10%.

Предложено так же использовать формулу:

(5.28).

В последующем формула была уточнена:

(5.29).

где: щц — безразмерный коэффициент, зависящий от отношения hсл/D и определяемый как для ленты.

Авторы отмечают, что формула (5.28) справедлива для трубопроводов диаметром 89…1020 мм, а расчетные осадки отличаются от замеренных так же не более, чем на 10%. Зависимостей для определения Рпр в «Гипротюменнгаз» не предложено.

Значительные аналитические исследования проведены в Тюменском индустриальном институте. В результате обработки опытов первоначально предложили нелинейную зависимость в виде кубической параболы:

(5.30).

где: k1, k2 — определяемые эксперементально параметры модели, k1 по размерности соответствует коэффициенту постели, k2 — характеризует степень нелинейности.

В дальнейшем после более детального анализа опытных данных авторы предложили другую модель в виде гиперболического синуса:

(5.31).

в котором k, а — парметры модели, определяемые так же опытным путем.

По результатам эксперементадьных исследований во ВНИИСТе приняли, что «…можно принять линейную зависимость между сопротивлением грунта и поперечным (вертикальным) перемещением трубы вниз», рекомендованы следующие формулы:

при.

при.

(5.32).

где: Су.о.осн — обобщенный коэффициент нормального сопротивления грунта перемещению трубы вниз;

Rгр — условно несущая способность грунта, Rгр=ргр.

Сравним разброс в пределении p и pпр по формулам (5.20) — (5.32) на примере известных опытных данных. Эксперимент с цилиндрическим штампом проведен на типичной для Западной Сибири торфяной залежи со следующими характеристиками: Dpd= 15%, w=1142%, с=0,94 г/см3, e=22. Относительная мощность трфа под трубой л=5.0. Деформационные характеристики торфа авторы определяли, принимаем их: Е=110 кПа, н=0,2, что соответствует данным Западной Сибири. Остальные параметры принимались по рекомендациям их авторов. Расчетные и опытные зависимости приведены на рисунок 5.7.

Рисунок 5.7 Расчетные зависимости р=f (S) и опытная кривая сопротивления перемещению вниз трубы D=820 мм.

Наилучшее приближение к опытному значению pпр получено по формуле (5.22), а аппроксимация опытной кривой линейной зависимостью — по (5.28). Следует отметить хорошее совпадение опытных и расчетных данных по формулам (5.21), и особенно (5.20) для начального участка р=f (S). Наибольшее расхождение опытных и вычесленных результатов наблюдается для формул (5.26) и (5.32).

В результате анализа по данному разделу можно сделать следующие выводы:

• 1) при перемещении трубопровода вниз развитие сопротивления зависит от толщины слоя торфа под трубой.
• 2) из рассмотренных наиболее пригодными для использования при расчете трубопроводов в слое торфа являются решения (5.20) и (5.21); система зависимостей (5.32) прогнозирует развитие сопротивления для торфа неудовлетворительно.
• 3) необходима нелинейная зависимость р=f (S), учитывающая мощность торфа под трубой и физико-механические характеристики.