中国地质环境监测院
中国地质灾害防治工程行业协会
主办

山区天然气管道—滑坡体系下花管微型桩与螺纹微型桩支护性能对比试验

高建章, 方迎潮, 王学军, 葛华, 沈茂丁, 梁栋, 孟建. 山区天然气管道—滑坡体系下花管微型桩与螺纹微型桩支护性能对比试验[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2023, 34(2): 120-131. doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202202046
引用本文: 高建章, 方迎潮, 王学军, 葛华, 沈茂丁, 梁栋, 孟建. 山区天然气管道—滑坡体系下花管微型桩与螺纹微型桩支护性能对比试验[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2023, 34(2): 120-131. doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202202046
GAO Jianzhang, FANG Yingchao, WANG Xuejun, GE Hua, SHEN Maoding, LIANG Dong, MENG Jian. Physical model tests on supporting performance of micro-pile and micro-pile with thread in natural gas pipe-landslide system in mountainous area[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2023, 34(2): 120-131. doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202202046
Citation: GAO Jianzhang, FANG Yingchao, WANG Xuejun, GE Hua, SHEN Maoding, LIANG Dong, MENG Jian. Physical model tests on supporting performance of micro-pile and micro-pile with thread in natural gas pipe-landslide system in mountainous area[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2023, 34(2): 120-131. doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202202046

山区天然气管道—滑坡体系下花管微型桩与螺纹微型桩支护性能对比试验

  • 基金项目: 国家管网集团西南管道有限责任公司科技项目(2020B-3106-0501);国家管网集团科技项目(WZXGL202106)
详细信息
    作者简介: 高建章(1971-),男,河北廊坊人,硕士研究生,高级工程师,现主要从事工程管理工作。E-mail:eyelashes2008@126.com
    通讯作者: 方迎潮(1990-),男,硕士研究生,工程师,现从事油气管道地质灾害防治方向的研究工作。E-mail:1176988203@qq.com
  • 中图分类号: TU443

Physical model tests on supporting performance of micro-pile and micro-pile with thread in natural gas pipe-landslide system in mountainous area

More Information
  • 山区天然气管道工程难免会遭遇滑坡等地质灾害的影响,这给穿越滑坡区域的沿线管道的安全运营造成严重威胁。文章以中贵天然气管道K558+700滑坡为工程背景,通过室内大型物理模型试验,研究对比花管微型桩与螺纹微型桩两种新型支挡结构在管道滑坡中的支护机理及适用性。试验表明:(1)花管微型桩山侧及河侧峰值土压力沿桩深分布形式基本相似,大体呈“S”曲线形,桩后土体土拱效应明显,且在各级荷载下分布形式大致保持一致,总体来说花管桩侧土压力分布规律为桩中最大,桩顶次之,桩底最小;滑带附近的桩体周围土压力较大,在抗滑桩设计工作中应重点考虑优化。(2)螺纹桩山侧峰值土压力沿桩深分布图大体呈双“S”曲线形,河侧峰值土压力相比山侧分布形式产生了较大差异,桩底的土压力相比山侧有很大幅度减小;随外部荷载的增加桩周土压力增加幅度较大,表明螺纹微型桩在横向承载性能方面有所欠缺。(3)花管桩桩身弯矩沿深度方向呈“M”形分布,桩身离模拟滑面以上5 cm位置处产生最大正弯矩;螺纹桩桩身弯矩分布沿深度方向呈“S”形,桩体正负弯矩位置在模拟滑面附近大致呈旋转对称分布,滑面以上大部分区段为负弯矩,滑面以下为正弯矩;在相同推力荷载工况下,螺纹微型桩变形程度大于花管微型桩。(4)在滑坡作用下花管微型桩可以有效减小传递到管道的坡体应力,在一定程度上预防管道受力破坏;而螺纹桩在较大横向荷载下抗弯性能不足,变形严重,破坏后不能有效承担滑坡推力,传递到桩前管道的应力较大,从而导致管道变形程度更为强烈。在本试验条件下,花管微型桩对管道的保护效益突出,更适用于作为管道—滑坡区域的支挡结构。

  • 加载中
  • 图 1  管道滑坡区域现场地貌图

    Figure 1. 

    图 2  桩体模型实物图

    Figure 2. 

    图 3  试验模型设计整体示意图

    Figure 3. 

    图 4  承台及单桩模型布置设计图(单位:cm)

    Figure 4. 

    图 5  应变测试桩分布

    Figure 5. 

    图 6  桩体应变片布设位置(单位:cm)

    Figure 6. 

    图 7  天然气管道应变片布设位置(单位:cm)

    Figure 7. 

    图 8  群桩前后土压力盒布设位置(单位:cm)

    Figure 8. 

    图 9  天然气管道前后土压力盒布设位置(单位:cm)

    Figure 9. 

    图 10  桩顶水平位移随施加荷载的变化曲线

    Figure 10. 

    图 11  山侧花管桩和螺纹桩土压力时程曲线对比

    Figure 11. 

    图 12  河侧花管桩和螺纹桩土压力时程曲线对比

    Figure 12. 

    图 13  山侧花管桩和螺纹桩峰值土压力分布曲线对比

    Figure 13. 

    图 14  河侧花管桩和螺纹桩峰值土压力分布曲线对比

    Figure 14. 

    图 15  花管桩实测桩身弯矩分布图

    Figure 15. 

    图 16  螺纹桩实测桩身弯矩分布图

    Figure 16. 

    图 17  管道山侧与河侧土压力时程曲线对比

    Figure 17. 

    图 18  管道山侧峰值土压力分布图

    Figure 18. 

    图 19  管道河侧峰值土压力分布图

    Figure 19. 

    图 20  管道实测桩身弯矩分布图

    Figure 20. 

    表 1  相似比设计

    Table 1.  Design of similarity constant

    物理量相似比物理量相似比
    几何尺寸CL=30变形模量
    质量密度摩擦角
    重度Cy=1黏聚力
    应变时间
    位移重力加速度
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    表 2  模型材料与原型材料相关物理性质参数

    Table 2.  Physical property parameters related to model material and prototype material

    物理力学参数重度/(kN·m−3内摩擦角/(°)黏聚力/kPa弹性模量/MPa
    滑体原型19.030.040.0/
    模型19.030.51.2/
    滑带原型18.525.030.0/
    模型18.025.01.0/
    基岩原型27.0//5000
    模型26.7//160
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    表 3  各级加载工况Q

    Table 3.  Q values of loading conditions at all levels

    工况加载压力/MPa工况加载压力/MPa
    11.053.0
    21.563.5
    32.074.0
    42.5
    下载: 导出CSV
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出版历程
收稿日期:  2022-02-24
修回日期:  2022-07-20
刊出日期:  2023-04-25

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