دانشگاه رازی

خطوط لوله فولادی مدفون از شریان‌های حیاتی انتقال نفت، گاز و آب‌اند و پاسخ آن‌ها به زلزله را شرایط ژئوتکنیکی پیرامون کنترل می‌کند. در این رساله رفتار این خطوط در سه مرحله یک رخداد لرزه‌ای با مدل‌های اجزای محدود غیرخطی در نرم‌افزار انسیس بررسی شده است. در بخش اول، مدل سه‌بعدی خاک و لوله با آزمایش بزرگ‌مقیاس گسلش صحت‌سنجی و برای اعمال تحریک جابه‌جایی از کف گسترش یافت و مدل تیر روی فنرهای غیرخطی معادل برای همین قالب بارگذاری ارزیابی شد. در بخش دوم، اثر شدت زلزله، محتوای فرکانسی رکورد (ال‌سنترو، کوبه و سرپل‌ذهاب)، خاک دولایه، لایه افقی با ضخامت محدود و لایه مایل عبوری از محل لوله بر پاسخ لرزه‌ای عرضی لوله با مدل دراکر–پراگر توسعه‌یافته کالیبره‌شده بررسی شد. در بخش سوم، پاسخ لوله X65 به افت موضعی تکیه‌گاه پس از زلزله در 22 موقعیت ناحیه تخریب‌شده، بدون فشار و در فشار بهره‌برداری، و حساسیت آن به خواص و لایه‌بندی خاک بررسی و ظرفیت اندرکنش قائم خاک و لوله با پنج صورت‌بندی موهر–کولمب تعیین شد. در بخش اول، مدل سه‌بعدی تغییرشکل لوله در آزمایش بزرگ‌مقیاس گسلش را با خطای کمتر از 5  درصد بازتولید کرد و تحریک جابه‌جایی از کف، هم در مدل سه‌بعدی و هم در مدل تیر روی فنر، جابه‌جایی تحمیل‌شده به لوله را در هر لحظه مستقیماً به دست داد. در بخش دوم، بیشینه تنش لرزه‌ای آن کمتر از 6.5  درصد تسلیم بود. جابه‌جایی تاج لوله شاخصی ستونی است که در ماسه سست عمدتاً تغییرشکل پلاستیک انباشته است (حدود 73  درصد آن در 0.3g  ماندگار است) و در خاک دولایه لایه پایینی آن را کنترل می‌کند؛ در مقابل، تنش لوله و کرنش پلاستیک خاک را خاک پیرامون لوله تا فاصله حدود یک تا دو قطر تعیین می‌کند. اختلاف سختی و مقاومت لایه‌ها بر این دو گروه شاخص اثر مخالف دارد: ماسه سست روی ماسه متراکم تنش لوله را تا حدود 20  درصد افزایش و جابه‌جایی را کاهش می‌دهد و ماسه متراکم روی ماسه سست جابه‌جایی را تا 8  برابر افزایش می‌دهد. رکورد بحرانی به ترتیب لایه‌ها بستگی دارد و PGA  به‌تنهایی معیار کافی نیست. لایه افقی محدود زیر لوله تنش را عمدتاً با اثری موضعی به طول مشخصه حدود یک قطر تغییر می‌دهد و نوار سست مایلی که از محل لوله می‌گذرد تنش لوله را تا 5.2  برابر افزایش می‌دهد. در افت موضعی تکیه‌گاه، فشار داخلی سازوکار پاسخ را تغییر می‌دهد: بدون فشار ضریب تشدید تنش به 13.8 می‌رسد اما جداره در 9 درصد تسلیم می‌ماند، درحالی‌که در فشار 7 مگاپاسکال این ضریب 1.49 است ولی جداره به 97 درصد تسلیم و بیضی‌شدگی مقطع به 3.16 درصد قطر می‌رسد. دو رژیم پاسخ در فشار آستانه حدود 1 مگاپاسکال از هم جدا می‌شوند و 73 درصد این گذار زیر 0.5 مگاپاسکال رخ می‌دهد؛ در رژیم تحت فشار نخست خاک تسلیم می‌شود و کرنش پلاستیک خاک 69 برابر، نشست 13.7 برابر و جدایش 12.5 برابر حالت بدون فشار است. در فاصله شعاعی یکسان، ناحیه زیر لوله 3.6 برابر ناحیه کنار لوله نشست ایجاد می‌کند، جهت بیضی‌شدگی میان این دو حالت وارونه می‌شود و مقطع بحرانی با فشار 45 تا 90 درجه جابه‌جا می‌شود. اثر ناحیه تخریب‌شده تا حدود 3.5 برابر قطر ادامه دارد و ناحیه‌ای به شعاع حدود دو برابر قطر، که در آن جداره به 89 تا 97 درصد تسلیم می‌رسد، به‌عنوان ناحیه بحرانی بازرسی پیشنهاد شد. نشست ناشی از افت به خواص خاک بسیار حساس است: چسبندگی 10 کیلوپاسکال آن را حدود 90 درصد کاهش و حذف اتساع آن را حدود 2.9 برابر افزایش داد، درحالی‌که کاهش 44 درصدی مدول آن را تنها 4 تا 13 درصد تغییر داد؛ در ماسه‌های سست‌تر تنش جداره از تنش تسلیم حداقل مشخص فراتر رفت و تراکم ضعیف ناحیه زیر کمر لوله نشست را تا 80 درصد فاصله میان ماسه متراکم و سست افزایش داد.