بخشی از مقاله
چکیده
لوله ها در زندگی روزمره ما نقش اساسی بازی می کنند چرا که حامل و منتقل کننده سیالات مورد استفاده نظیر نفت، گاز و آب می باشند. هر گونه نقصی در کارکرد آنها می تواند بصورت گسترده ای بر زندگیمان اثر بگذارد. زلزله در نقاط مختلف اتفاق می افتد و باعث خرابی های فاجعه باری می شود و این زلزله ها باعث ایجاد گسل می شوند. لوله های زیر زمینی از صفحات خاک عبور می کنند. گاهی اوقات صفحه گسل خط لوله را قطع می کند و این تاثیر مخربی بر لوله می گذارد بطوریکه باعث کمانش و ازشکل افتادگی لوله می شود و به نوبه خود این منجر به قطع شدگی سیال و ایجاد آلودگی های زیر زمینی می شود.
در این مقاله ما اثر زاویه گسل را بر توزیع تنش و تغییر شکل در طول خط لول بررسی نمودیم جابجایی های توده خاک همراه با زوایای مختلف گسل بر لوله ها اعمال شد . مدل المان محدود مقادیر متفاوتی و گسترده از تنش و کرنش را نشان می دهد. تنش و کرنش ها به شدت به زاویه گسل وابسته است.
-1 مقدمه
لوله ها بعنوان اجزا اصلی انتقال سیالات به حساب می آیند از اینرو هرگونه اختلال در عملکرد آنها موجب بوجود مشکلات عدیده ای میگردد که از این مشکلات می توان به نشت سیال و آلوده نمودن محیط زیست و نرسیدن آب و قطع سیال نام برد. لوله های زیر زمینی عمدتا فولادی می باشند . در این مقاله لوله مورد بررسی از جنس فولادی می باشد. فولادی مصالحی کاملا شکل پذیر و دارای عملکرد مناسبی تحت اثر فشار و کشش می باشد و می توان آز جهت انتقال انواع سیالات نظیر آب و نفت استفاده نمود. قرار گرفتن این لوله ها در زیر زمین امری بسیار متداول و مرسوم می باشد. این لوله ها با استفاده با بکارگیری شیوه های استاندارد مهندسی در زیر زمین جاسازی شده و به نحوی که در عملکردشان اختلالی ایجاد نشود. این لوله ها بر اساس نوع سیال ،فشار و سرعت سیال طراحی شده و اجرا می شوند.
یک از عواملی که می تواند عملکرد لوله های زیرزمینی را تحت تاثیر قراردهد زلزله و به تبع از آن ایجاد گسل و قطع شدن لوله توسط صفحه گسل می باشد. گسل ها دسته ای از شکستگیها هستند که سنگ های واقع در دو سوی آن ، نسبت به هم حرکت کرده اند. مقدار این جابجایی ممکن است از چند میلی متر تا صدها متر باشد.اندازه و طول گسل ها نیز بسیار متغییر است و از چند سانتی متر تا هزاران کیلومتر است. باید توجه داشت که ایجاد یک گسل وابسته به مقدار بزرگترین نیروی وارد شده به سنگ نیست، بلکه آنچه بیش از همه در ایجاد گسل اهمیت دارد اختلاف بین بزرگترین و کوچترین تنش، یعنی 1 - 3 است.
انواع گسل ها: گسل ها را بر مبنای جهت نیروهای ایجاد کننده شان به سه گروه عمده عادی ، معکوس و امتداد لغز تقسیم میشوند مطابق شکل: .1 نمونه های گسل ها مشاهده می شوند.
شکل:1 از بالا به پایین به ترتیب گسل عادی، گسل معکوس و گسل امتداد لغز
گسل عادی در حالتی ایجاد می شود که بزرگترین نیروی فعال در منطقه قائم باشد . گسل معکوس ظاهرآ شبیه گسل عادی است اما برخلاف گسل عادی عکس حرکت گسل عادی بود و روی لایه زیرین خود به طرف بالا حرکت می کند. در گسل امتداد لغز نیروی متوسط به طور قائم قرار گرفته و جابجایی آنها در امتداد سطح افق است. قرار گیری لوله های زیر زمین در صفحه ی گسل موجب بروز ایجاد تغییر شکل و در نهایت منجر به خسارت به لوله های زیر زمینی می شود. آسیب به لوله می تواند منجر به نشت سیال از لوله و آلودگی محیط زیست و قطع شدگی جریان سیال می شود. از این رو حائز اهمیت است که بدانیم گسل به چه صورت موجب آسیب رساندن به خط لوله زیرزیمنی شده است. در اینجا تاریخچه ای از تحقیقات صورت گرفته بر روی خط لوله رد شده از صحفه گسل ارائه می شود.
1-1 تاریخچه
از معادلات تعادلات و سازگاری های تغییر شکل جهت برای آوردن نیروی محوری وارد بر لوله و ترکیب آن با تئوری تیر بر روی بستر الاستیک و تئوری تیر الاستیک برای محاسبه خمش توسعه یافته استفاده شده است. و بطور غیر مستقیم در این محاسبات رفتار غیر خطی مواد و تغییر شکل های بزرک مورد استفاده قرار گرفته است. در نهایت حداکثر توزیع تنش که بر سطح مقطع لوله است جهت طراحی مورد استفاده قرار گرفته همچنین نتایج با مدل های 3 بعدی المان محدود مقایسه شده و نتایج پیش بینی کرنش در مدل محاسباتی به واقعیت نزدیک می باشد نزدیک می باشد.
در این مقاله اثر زاویه در گسل های امتداد لغز بر روی لوله ها در انواع خاک مورد نظر بوده و بر اساس نتایج عددی مشخص شد که حالت عمده گسیختگی در مقادیر زوایای غیر مثبت بصورت کمانشی بوده و در مقادیر مثبت زوایا و در حالت قرار گیری لوله ها تحت اثر کشش گسختگی بصورت عمدتا همزمان با کرنش های کششی بوده.
در محیط آزمایشگاهی مدل اندرکش بین لوله و گسل در مقایس کوچک ساخته شد و همچنین شبیه سازی عددی با نرم افزار آباکوس صورت گرفت در شبیه سازی این مدل در مقیاس کوچک دو مشکل وجود داشت -1 کاهش ضخامت لوله جهت مشاهد کمانش لوله -2 قرار دادن صفحه فلزی بر سطح خاک جهت ایجاد فشار لازم و همچنین ساخت وسیله ای که بتواند فشار دقیق خاک را اندازه گیری کند -3 باز طراحی شرایط مرزی لوله بطوری که لوله بتواند ماند یک لوله سراسری و بدون انتها عمل کند. این آزمایش مقدمه ای جهت آزمایش های بعدی بوده و می توان برای ادامه از این آزمایش استفاده کرد .
در این تحقیق کمانش خط لوله مدفون تحت اثر جابجایی گسل امتداد لغز توسط شبیه سازی اجزا محدود مورد بررسی قرار گرفت . اثر فشار داخلی، نسبت قطر به ضخامت و جابجایی گسل بر مد های کمانش و کرنش های محوری مورد بحث قرار گرفت. نتایج نشان داد که قرار گیری لوله ها در فضای سنگی نسبت به فضای خاکی باعث خرابی محتمل تر می شود. با افزایش تغییر مکان گسل تغییر شکل در لوله بیشتر شده و منحنی خشمی از شکل S به Z تغییر می کند. مد های کمانش در دو لایه متفاوت است و برای لولهای بدون فشار خرابی در لایه خاکی بصورت موضعی می باشد و این در حالیست که در لایه سنگی لوله دچار لهشدگی می شود و خرابی بیشتر است. خرابی در لوله های دارای فشار تدریجا به طرف چروکیدگی تغییر می کند. با افزایش نسب قطر به ضخامت لوله ها کمانش جدی تر و نمایان تر میشود
با استفاده از روش فرم بسته - مدل سازی ریاضی - و تحلیل عددی اندرکنش خط لوله با گسل دائمی مورد بررسی قرار گرفت در روش فرم بسته با استفاده از روابط نیرو تغییر مکان خط لوله با نیروی کششی بصورت محدود و نامحدود در نظر گرفته شد و در نهایت مدل تحلیل عددی با در نظر گرفتن فنرهای غیر خطی در دو انتهای لوله مورد استفاده قرار گرفتند. این تحلیل در حالت غیر الاستیک و غیر خطی صورت گرفته است. شرایط انهایی لوله بر روی عملکرد لوله تاثیر زیادی دارد. کمانش برای حالتی که صفحه گسل عمود بر محور لوله می باشد کمانش موضعی در جابجایی های کوچک گسل ایجاد می شود با افزایش زاویه بین محور عمود بر صفحه گسل و محور لوله به علت کشش طولی کمانش از بین می رود.
بررسی پاسخ لوله تحت جابجایی گسل با یک رویکرد نیمه ا ستاتیکی و همچنین در نظر گرفتن اندکنش گسل و لوله صورتگرفته. تمرکز در این مقاله بر روی ارزیابی پارامترهای خاکی و سازه ای و تاثیر آنها بر روی گسیختگی لوله بوده. مشخص شد که زاویه عبوری از لوله مهم ترین پارامتر جهت طراحی لوله می باشد و در پاسخ لوله بسیار تاثیر گذار است. با استفاده از مواد پر کننده - Backfill - دانه ای و جایگذاری در عمق کم و با پوشش دهی سخت به لوله یا افزایش ضخامت می توان ظرفیت لوله را بالا برد.
دو نوع لوله با نسبت D/t متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. بدلیل حرکات تدریجی گسل در مدل مورد بررسی اجازه ایجاد مفصل پلاستیک به لوله داده شود و همچنین امکان معین کرد طول موثر برای اندازه مقدار کرنش ایجاد شده در دو طرف کششی و فشاری لوله داده می شود. همچنین در مدل بدلیل وجود کش آمدگی اثارت خمش نیز در نظر گرفته می شود. مشخص شد که با افزایش حرکات گسل نیروی محوری در لوله بیشتر شده و این افزایش نیرو مستقل از نسبت قطر به ضخامت لوله می باشد. طول بحرانی لوله به نوع خاک وابسته است، رس نرم اثر مثبتی بر روی پاسخ لوله دارد.
