逆断层作用下局部腐蚀埋地管道的失效模式研究
Effect of Local Corrosion on Failure Mode of Buried Pipeline Under Reverse Fault
- 防灾减灾工程学报 2024年44卷第6期 页码：1386-1397
- 作者机构：
1.北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京 100124
2.中国石油大学（北京） 安全与海洋工程学院，北京 102249
3.林州建筑职业技术学院，河南 安阳 450046
- 作者简介：
韩俊艳(1983—)，女，副教授，硕导，博士。主要从事地下结构抗震方面的研究。E‑mail：junyanhan@bjut.edu.cn
帅义（1987—），男，副教授，硕导，博士。主要从事新能源输送管道安全保障新技术与装备方面的研究。E‑mail:yshuai@cup.edu.cn
- 基金信息：北京市自然科学基金(8212005);国家重点研发项目(2022YFC3004300);国家自然科学基金项目(52220105011)
DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20231013005
中图分类号： TU 457收稿：2023-10-13，
修回：2024-01-12，
纸质出版：2024-12-15
- 稿件说明：
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韩俊艳,赵文乐,帅义等.逆断层作用下局部腐蚀埋地管道的失效模式研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(06):1386-1397.
HAN Junyan,ZHAO Wenle,SHUAI Yi,et al.Effect of Local Corrosion on Failure Mode of Buried Pipeline Under Reverse Fault[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(06):1386-1397.
韩俊艳,赵文乐,帅义等.逆断层作用下局部腐蚀埋地管道的失效模式研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(06):1386-1397. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20231013005.
HAN Junyan,ZHAO Wenle,SHUAI Yi,et al.Effect of Local Corrosion on Failure Mode of Buried Pipeline Under Reverse Fault[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(06):1386-1397. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20231013005.
摘要
含腐蚀缺陷管道在断层作用下的失效往往发生在管道腐蚀区域等管道结构力学性能薄弱部位。为深入探讨含腐蚀缺陷管道在断层错动时对管道失效模式的影响，基于弹塑性有限元理论，建立含腐蚀缺陷管道横穿逆断层的三维模型。在此基础上探究了腐蚀位置、腐蚀深度及断层错动量等参数对逆断层作用下管道局部腐蚀区域、管体应力应变分布及其失效模式的影响。结果表明：断层错动时管道的主要失效模式表现为断层下盘管道顶部和断层上盘管道底部局部屈曲破坏，断层下盘管道底部和断层上盘管道顶部处于受拉状态；上盘管道顶部发生局部腐蚀，管道的主要失效模式表现为断层上盘管道顶部拉伸破坏和管道底部局部屈曲破坏控制的双失效模式；下盘管道顶部发生局部腐蚀，管道的主要失效模式仍为屈曲破坏失效，但在较小断层错动量下管道已发生屈曲破坏失效；不同腐蚀位置对腐蚀管道的应力分布影响显著，局部腐蚀缺陷导致的壁厚减薄削弱了管道抵抗变形的能力，断层下盘管道顶部腐蚀比上盘管道顶部腐蚀对管道抗震性能退化的影响更大，进而影响上盘管道失效模式的变化；随着腐蚀程度的加深，断层上盘管道局部腐蚀引起的应变呈近似线性增长的趋势，而断层下盘处腐蚀引起的应变呈非线性增长的趋势。
Abstract
Under the action of faults
the failure of pipelines with corrosion defects mainly occurs in weak parts of pipeline structure
such as corrosion areas. To explore the impact of corrosion-defect pipelines on the failure mode during fault displacement
a three-dimensional model of corrosion-defect pipelines crossing a reverse fault was established based on elastic-plastic finite element theory. On this basis
parameters such as corrosion position
corrosion depth
and fault dislocation were explored regarding their influence on local corrosion areas
pipe stress-strain distribution
and failure modes under the action of the reverse fault. The results showed that the main failure mode of the pipeline during fault displacement was local buckling damage at the top of the downthrown segment and the bottom of the upheld segment
with the bottom of the downthrown segment and the top of the upheld segment in tension. When the top of the upheld pipe segment was locally corroded
the main failure mode of the pipeline was a dual failure mode of tensile failure at the top of the upheld segment and local buckling failure at the bottom. When the top of the downthrown pipe segment was locally corroded
the main failure mode remained buckling failure
but the pipeline experienced buckling failure at a smaller fault dislocation. Different corrosion locations significantly affected the stress distribution of the corroded pipeline. Corrosion at the top of the downthrown pipe segment had a greater impact on the degradation of the pipeline's seismic performance compared to corrosion at the top of the upheld pipe segment
which in turn influenced the changes in the failure mode of the upheld pipe segment. As corrosion deepened
the strain caused by local corrosion at the top of the upheld pipe segment followed a nearly linear growth trend
while the strain caused by corrosion at the bottom of the downthrown pipe segment followed a nonlinear growth trend.
关键词
Keywords
references
周子栋 ， 林罡 ， 徐娜 ， 等 . 中缅油气管道（国内段）工程建设难点及对策 ［J］. 石油工程建设 ， 2014 ， 40 （ 4 ）： 52 - 54 .
Zhou Z D ， Lin G ， Xu N ， et al . Difficulties and countermeasures in the construction of China-Myanmar oil and gas pipeline（domestic section） ［J］. Petroleum Engineering Construction ， 2014 ， 40 （ 4 ）： 52 - 54 . （in Chinese）
Eidinger J ， De Castro L ， Ma D . The 1906 earthquake impacts on the San Francisco and Santa Clara water systems—What we learned， and what we are doing about it ［J］. Earthquake Spectra ， 2006 ， 22 （ 2_Supl ）： 113 - 134 .
MaCaffrey M A . Buried pipeline response to reverse faulting during the 1971 San Fernando Earthquake ［J］. Pressure Vessels & Piping Division ， 1983 ， 77 ： 151 - 159 .
Eidinger J . Performance of Thames water 2.2 meter diameter pipeline at North Anatolian fault crossing ［J］. G&E Report ， 2001 ， 48 （ 01 ）.
Tsai J S ， Jou L D ， Lin S H . Damage to buried water supply pipelines in the chichi （Taiwan） earthquake and a preliminary evaluation of seismic resistance of pipe joints ［J］. Journal of the Chinese Institute of Engineers ， 2000 ， 23 （ 4 ）： 395 - 408 .
Jing J ， Xiao F ， Yang L ， et al . Experimental and simulation study of atomization concentration of corrosion inhibitor in a gas pipe ［J］. Journal of Natural Gas Science and Engineering ， 2018 ， 49 ： 8 - 18 .
刘欢 . 某酸性气田集输管线内腐蚀与控制技术研究 ［D］. 成都 ： 西南石油大学 ， 2018 .
Liu H . An acid gas gathering pipeline internal corrosion and control technology research ［D］. Chengdu ： Southwest Petroleum University ， 2018 . （in Chinese）
Karamitros D K ， Bouckovalas G D ， Kouretzis G P . Stress analysis of buried steel pipelines at strike-slip fault crossings ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2007 ， 27 （ 3 ）： 200 - 211 .
Kennedy R P ， Williamson R A ， Chow A M . Fault movement effects on buried oil pipeline ［J］. Transportation Engineering Journal of ASCE ， 1977 ， 103 （ 5 ）： 617 - 633 .
Wang L R L ， Yeh Y H . A refined seismic analysis and design of buried pipeline for fault movement ［J］. Earthquake Engineering & Structural Dynamics ， 1985 ， 13 （ 1 ）： 75 - 96 .
金浏 ， 李鸿晶 . 穿越逆冲断层的埋地管道非线性反应分析 ［J］. 防灾减灾工程学报 ， 2010 ， 30 （ 2 ）： 130 - 134 .
Jin L ， Li H J . Nonlinear response analysis of buried pipeline crossing thrust fault ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2010 ， 30 （ 2 ）： 130 - 134 . （in Chinese）
樊苏楠 ， 闫相祯 . 地震载荷作用下长输管线穿越断层应变设计 ［J］. 石油机械 ， 2015 ， 43 （ 12 ）： 114 - 118 .
Fan S N ， Yan X Z . Fault strain design of long haul pipeline crossing under seismic load ［J］. China Petroleum Machinery ， 2015 ， 43 （ 12 ）： 114 - 118 . （in Chinese）
Zhang J ， Zhang L ， Liang Z . Buckling failure of a buried pipeline subjected to ground explosions ［J］. Process Safety and Environmental Protection ， 2018 ， 114 ： 36 - 47 .
Ha D ， Abdoun T H ， O'Rourke M J ， et al . Earthquake faulting effects on buried pipelines‑case history and centrifuge study ［J］. Journal of Earthquake Engineering ， 2010 ， 14 （ 5 ）： 646 - 669 .
Jalali H H ， Rofooei F R ， Attari N K A ， et al . Experimental and finite element study of the reverse faulting effects on buried continuous steel gas pipelines ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2016 ， 86 ： 1 - 14 .
Fadaee M ， Farzaneganpour F ， Anastasopoulos I . Response of buried pipeline subjected to reverse faulting ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2020 ， 132 ： 106090 .
Li L ， Qiao L ， Fan J ， et al . Mechanical behavior of polyethylene pipes under strike-slip fault movements ［J］. Polymers ， 2022 ， 14 （ 5 ）： 987 .
张婷 . 逆断层作用下埋地管道碳纤维预增强方法研究 ［D］. 北京 ： 中国石油大学 ， 2020 .
Zhang T . Research on carbon fiber prestrengthening method of buried pipeline under reverse fault ［D］. Beijing ： China University of Petroleum ， 2020 . （in Chinese）
赵旭 ， 崔建阳 ， 钟紫蓝 ， 等 . 逆断层作用下埋地连续钢管的力学性能 ［J］. 北京工业大学学报 ， 2022 ， 48 （ 7 ）： 729 - 738 .
Zhao X ， Cui J Y ， Zhong Z L ， et al . Mechanical properties of buried continuous steel pipe under reverse fault ［J］. Journal of Beijing University of Technology ， 2022 ， 48 （ 7 ）： 729 - 738 . （in Chinese）
韩银杉 ， 张宏 . 走滑断层作用下管道应变解析计算方法的适用性 ［J］. 油气储运 ， 2016 ， 35 （ 12 ）： 1329 - 1336 .
Han Y S ， Zhang H . Applicability of analytical calculation method for pipeline strain under strike-slip fault ［J］. Oil and Gas Storage and Transportation ， 2016 ， 35 （ 12 ）： 1329 - 1336 . （in Chinese）
黄建忠 ， 杨永和 ， 刘伟 ， 等 . 穿越地震断裂带的管道安全监测预警系统 ［J］. 天然气工业 ， 2013 ， 33 （ 12 ）： 151 - 157 .
Huang J Z ， Yang Y H ， Liu W ， et al . A safety monitoring and early warning system for pipelines traversing seismic fault zones ［J］. Natural Gas Industry ， 2013 ， 33 （ 12 ）： 151 - 157 . （in Chinese）
Marzocchi W ， Melini D . On the earthquake predictability of fault interaction models ［J］. Geophysical Research Letters ， 2014 ， 41 （ 23 ）： 8294 - 8300 .
陈平伟 ， 王峰会 ， 王绍明 . 含腐蚀缺陷X70钢剩余强度分析 ［J］. 腐蚀与防护 ， 2011 ， 32 （ 2 ）： 3 .
Chen P W ， Wang F H ， Wang S M . Analysis of residual strength of X70 steel with corrosion defects ［J］. Corrosion and Protection ， 2011 ， 32 （ 2 ）： 3 . （in Chinese）
赵鹏程 ， 帅健 ， 唐雨 ， 等 . 轴向应力对腐蚀缺陷管道极限内压的影响 ［J］. 中国安全科学学报 ， 2019 ， 29 （ 3 ）： 70 - 75 .
Zhao P C ， Shuai J ， Tang Y ， et al . Effect of axial stress on ultimate internal pressure of corroded defective pipelines ［J］. China Safety Science Journal ， 2019 ， 29 （ 3 ）： 70 - 75 . （in Chinese）
李鸿鹏 . 断层内含体积型缺陷的埋地管道错动反应分析 ［D］. 成都 ： 西南石油大学 ， 2014 .
Li H P . Staggered response analysis of buried pipeline with volume defects in fault ［D］. Chengdu ： Southwest Petroleum University ， 2014 . （in Chinese）
缪文振 . 含腐蚀缺陷高强度管线钢在活动断层中的反应分析 ［D］. 荆州 ： 长江大学 ， 2019 .
Miao W Z . Reaction analysis of high strength pipeline steel with corrosion defects in active faults ［D］. Jinzhou ： Yangtze University ， 2019 . （in Chinese）
Mohitpour M ， Golshan H ， Murray M A . Pipeline design & construction： a practical approach ［M］. New York ： ASME press ， 2007 ： 403 - 404 .
Anastasopoulos I ， Gazetas G ， Bransby M F ， et al . Fault rupture propagation through sand： finite-element analysis and validation through centrifuge experiments ［J］. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ， 2007 ， 133 （ 8 ）： 943 - 958 .
Trifonov O V . Numerical stress-strain analysis of buried steel pipelines crossing active strike-slip faults with an emphasis on fault modeling aspects ［J］. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice ， 2015 ， 6 （ 1 ）： 04014008 .
西气东输二线管道工程穿越工程施工技术规范： Q SY GJX 0114—2008 ［S］. 北京 ： 石油工业出版社 ， 2008 .
输油（气）钢质管道抗震设计规范 ： SY/T 0450—2004 ［S］. 北京 ： 石油工业出版社 ， 2004 .
Vazouras P ， Karamanos S A ， Dakoulas P . Finite element analysis of buried steel pipelines under strike-slip fault displacements ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2010 ， 30 （ 11 ）： 1361 - 1376 .
刘艳琼 . 活动断层的地震地表永久位移研究 ［D］. 哈尔滨 ： 中国地震局工程力学研究所 ， 2013 .
Liu Y Q . Study on permanent seismic surface displacement of active fault ［D］. Harbin ： Institute of Engineering Mechanics， China Earthquake Administration ， 2013 . （in Chinese）
汪振 ， 钟紫蓝 ， 赵密 ， 等 . 正断型断裂模拟及其对山岭隧道影响研究 ［J］. 岩土工程学报 ， 2020 ， 42 （ 10 ）： 1876 - 1884 .
Wang Z ， Zhong Z L ， Zhao M ， et al . Simulation of normal fault type and its effect on mountain tunnel ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2020 ， 42 （ 10 ）： 1876 - 1884 . （in Chinese）
马明利 . 庆—哈输油管道腐蚀缺陷评估与补强技术研究 ［D］. 大庆 ： 东北石油大学 ， 2011 .
Ma M L . Study on corrosion defect evaluation and reinforcing technology of Qinghai-Harbin Pipeline ［D］. Daqing ： Northeast Petroleum University ， 2011 . （in Chinese）
张伟刚 ， 赵会军 ， 周立辉 ， 等 . 湿气管线的顶部腐蚀研究进展 ［J］. 腐蚀科学与防护技术 ， 2015 ， 27 （ 5 ）： 492 - 496 .
Zhang W G ， Zhao H J ， Zhou L H ， et al . Research progress on top-of-line corrosion in wet gas pipelines ［J］. Corrosion Science and Protection Technology ， 2015 ， 27 （ 5 ）： 492 - 496 . （in Chinese）
马川 . 斜逆断层作用下埋地X80钢管的失效模式研究 ［D］. 青岛 ： 中国石油大学（华东） ， 2020 .
Ma C . Buried under oblique thrust， the failure mode of X80 steel pipe research ［D］. Qingdao ： China University of Petroleum（East China） ， 2020 . （in Chinese）
Canadian Standards Association ． Oil and gas pipeline systems： CSA Z662 ［S］. Mississauga， Ontario， Canada ： Canadian Standarks Association ， 2007 .
Gresnigt A M . Plastic Design of Buried Steel Pipelines in Settlement Areas ［J］. Heron ， 1986 ， 31 （ 4 ）： 1 - 113 .
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