埋地HDPE管道的受力响应与加筋保护

本书共7章，以HDPE管道为研究对象，针对其在地基不均匀沉降下的力学相应特征，通过试验进行了深入的研究，主要包括施工过程中埋地HDPE管道的受力变形特征、埋地HDPE管道在地基局部不均匀沉降下的力学响应、土工合成材料对埋地HDPE管道在地基局部不均匀沉降下的加筋保护、埋地HDPE管道在断层引发地基错动下的力学响应、HDPE管道接头在断层引发地基错动下的力学响应几个方面。 本书具有较强的专业性和参考性，可供从事HDPE塑料管道生产的专业人员，涉及铺设HDPE塑料管道的市政领域、建筑领域、输气领域的工程技术人员参考，也可供高等学校土木工程、管道工程及相关专业师生参阅。

周敏，博士，中北大学讲师，博士毕业于东南大学岩土工程专业。2016.09-2017.09于加拿大女王大学进行访学（国家公派），师从Ian Moore教授。主要从事地下管道与土体相互作用方面的研究。担任中美联合非开挖工程研究中心专家委员会技术委员，在Géotechnique(JCR Q1)、J. Geotech. Geoenviron.(JCR Q2)、Acta Geotechnica(JCR Q1)、Geosynthetics International(JCR Q2)、Transportation Geotechnics(JCR Q2)、《岩土工程学报》《岩石力学与工程学报》等国内外岩土工程领域权威期刊发表近20篇SCI及EI检索论文，授权3项国家发明专利。

第1章 绪论1 1.1 HDPE 管道及其应用 1 1.2 HDPE 管道国内外研究现状 3 1.2.1 上覆土作用下管土相互作用 3 1.2.2 地基不均匀沉降下管土相互作用 7 1.2.3 土工合成材料对埋地管道的保护 13 1.2.4 柔性埋地管道接头的力学性能 14 1.3 HDPE 管道现有研究总结与分析 18 1.4 本书主要内容 19 第2章 施工过程中埋地HDPE 管道的受力变形特征22 2.1 概述 22 2.2 现场试验 23 2.2.1 试验现场条件 23 2.2.2 试验材料 24 2.2.3 试验方案 24 2.3 数值模拟 26 2.3.1 数值模型的建立 26 2.3.2 数值参数敏感性分析 29 2.4 现场试验结果及分析 31 2.4.1 土压力 31 2.4.2 管顶土压力现有规范计算值与现场实测值的对比 35 2.4.3 管道竖向和水平向挠曲变形 37 2.4.4 管道挠曲变形现有方法计算值与现场实测值的对比 38 2.5 数值模拟结果及分析 41 2.5.1 数值模型的验证 41 2.5.2 管道顶部和侧向土压力 44 2.5.3 管道在填土高度小于其直径时的竖向和水平向挠曲变形 52 2.5.4 管道在填土高度大于其直径时的竖向和水平向挠曲变形 60 2.6 本章小结 67 第3章 埋地HDPE 管道在地基局部不均匀沉降下的力学响应69 3.1 概述 69 3.2 模型试验材料及方案 70 3.2.1 模型试验箱 70 3.2.2 试验材料 70 3.2.3 试验方案 71 3.3 模型试验结果及分析 75 3.3.1 没有埋设管道时土体自身的沉降变形 75 3.3.2 试验管道的竖向变形 79 3.3.3 填土表面的沉降位移 85 3.3.4 土压力的变化 87 3.3.5 考虑“三向土拱效应”的管道上覆土压力计算方法 94 3.3.6 “三向土拱土压力计算方法” 计算值与试验实测值的对比 99 3.4 本章小结 103 第4章 土工合成材料对埋地HDPE 管道在地基局部不均匀沉降下的加筋保护105 4.1 概述 105 4.2 模型试验材料及方案 106 4.2.1 试验材料 106 4.2.2 试验方案 106 4.3 数值模拟 110 4.3.1 数值模型的建立 110 4.3.2 数值建模的参数敏感性分析 112 4.4 模型试验结果及分析 114 4.4.1 试验管道的竖向变形 114 4.4.2 填土表面的沉降位移 117 4.4.3 土压力的变化 119 4.4.4 管道环向应变的变化 121 4.5 数值模拟结果及分析 125 4.5.1 数值模型的验证 125 4.5.2 管道竖向挠曲变形 127 4.6 本章小结 136 第5章 埋地HDPE 管道在断层引发地基错动下的力学响应138 5.1 概述 138 5.2 模型试验材料及方案 139 5.2.1 模型试验箱 139 5.2.2 试验材料 140 5.2.3 试验方案 141 5.3 模型试验结果及分析 145 5.3.1 管道“四点弯曲” 试验结果 145 5.3.2 模型箱试验结果 147 5.3.3 模型箱试验结果讨论 155 5.4 本章小结 157 第6章 HDPE 管道接头在断层引发地基错动下的力学响应159 6.1 概述 159 6.2 模型试验材料及方案 160 6.2.1 试验材料 160 6.2.2 试验方案 161 6.3 模型试验结果及分析 167 6.3.1 第1 组模型试验结果 167 6.3.2 第2 组模型试验结果 175 6.3.3 管道接头开裂破坏时的转角和剪切位移 176 6.3.4 管道接头处的剪力计算 177 6.4 本章小结 181 第7章 结论与展望183 7.1 本书主要成果及特点 183 7.2 未来研究方向展望 186 附录 187 附录A 文中主要参数符号含义 187 附录B“三向土拱土压力计算方法”的算法流程图 190 附录C“三向土拱土压力计算方法”的假定条件 191 附录D 土工布对管道加筋保护的部分数值模拟结果 194 附录E 土工合成材料对管道加筋保护方法的流程图 211 参考文献 212