Ning Jiao;Xing Wan;Jianwen Ding;Sai Zhang;Jinyu Liu
Geomechanics and Engineering
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제36권2호
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pp.131-143
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2024
Shield tunneling construction commonly crosses underground pipelines in urban areas, resulting in soil loss and followed deformation of grounds and pipelines nearby, which may threaten the safe operation of shield tunneling. This paper investigated the pipeline deformation caused by double curved shield tunnels in soil-rock composite stratum in Nanjing, China. The stratum settlement equation was modified to consider the double shield tunneling. Moreover, a three dimensional finite element model was established to explore the effects of hard-layer ratio, tunnel curvature radius, pipeline buried depth and other influencing factors. The results indicate the subsequent shield tunnel would cause secondary disturbance to the soil around the preceding tunnel, resulting in increased pipeline and ground surface settlement above the preceding tunnel. The settlement and stress of the pipeline increased gradually as buried depth of the pipeline increased or the hard-layer ratio (the ratio of hard-rock layer thickness to shield tunnel diameter within the range of the tunnel face) decreased. The modified settlement calculation equation was consistent with the measured data, which can be applied to the settlement calculation of ground surface and pipeline settlement. The modified coefficients a and b ranged from 0.45 to 0.95 and 0.90 to 1.25, respectively. Moreover, the hard-layer ratio had the most significant influence on the pipeline settlement, but the tunnel curvature radius and the included angle between pipeline and tunnel axis played a dominant role in the scope of the pipeline settlement deformation.
Ning Jiao;Ning Jiao;Zhaosheng Liao;Xing Wan;Xia Wei
Geomechanics and Engineering
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제39권2호
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pp.197-209
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2024
This paper investigated the deformation of a large-diameter pipeline caused by double shield tunnel construction in silty fine sand strata in Nantong, China, by on-site measurements and numerical simulations. Results indicate the pipe settlement curve was not symmetrical after the double tunnel construction in the silty fine sand strata. The construction of the subsequent tunnel had a significantly smaller impact on the stress and horizontal displacement of the pipeline than the preceding tunnel. There is a significant shading effect of the large-diameter pipeline, which would restrict the soil settlement above the pipeline. The adjusted settlement formula shows good agreement with the measured data, facilitating approximate calculations for both surface and pipe settlements. The correction factor a ranges from 0.50 to 0.90, while b ranges from 0.95 to 1.20.The elastic modulus and the burial depth of the pipeline had a great effect on the stress of the pipeline, but a smaller effect on its settlement. However, the soil loss rate greatly affected both the settlement and stress of the pipeline. Moreover, the pipeline risk level distribution map can quickly identify the risk status of the pipeline.
The ASCE formula of lifeline.soil interaction force is the basis of semi-analytical relationship for buried pipelines subjected to longitudinal permanent ground deformation due to seismic induced liquefaction. However, since the ASCE formula has been developed based on the stiffness of non-liquefied region, it is needed to modify for the varied stiffness of liquefied region. With this object, the consideration of decreasing effect of soil stiffness in liquefied region is made: i.e. the spatial distributions of pipeline-soil interaction force in liquefied region. It means that the improved formula can reflect various patterns of permanent ground deformation more realistically. Through the comparative analyses using both the improved and ASCE formula, the applicability of the improved and the limitation of the ASCE formula and semi-analytical relationship are discussed. Also, relative influences of various parameters are evaluated for the clarification of behavior of pipeline subjected to longitudinal permanent ground deformation due to liquefaction.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권4호
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pp.720-738
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2015
This study examined the dynamic response of a subsea pipeline under an impact load to determine the effect of the seabed soil. A laboratory-scale soil-based pipeline impact test was carried out to investigate the pipeline deformation/strain as well as the interaction with the soil-pipeline. In addition, an impact test was simulated using the finite element technique, and the calculated strain was compared with the experimental results. During the simulation, the pipeline was described based on an elasto-plastic analysis, and the soil was modeled using the Mohr-Coulomb failure criterion. The results obtained were compared with ASME D31.8, and the differences between the analysis results and the rules were specifically investigated. Modified ASME formulae were proposed to calculate the precise structural behavior of a subsea pipeline under an impact load when considering sand- and clay-based seabed soils.
본 연구에서는 최근 뉴질랜드의 Christchurch 지역의 2011년 2월 22일의 지진규모(Mw) 6.2 지진발생 후 얻어진 데이터를 이용하여 지진에 의한 지하 상수도관 시스템의 성능에 주안점을 두고 연구를 수행하였다. 이 논문은 액상화로 인하여 발생된 영구지반변형지역과 서로 다른 재질의 상수도관에 따라 1 km 당 손상갯수로 산정되는 손상율을 액상화 지역에서의 지진발생 전후에 얻어진 높은 해상도의 라이다데이터로부터 계산된 부등침하와 횡방향 지반변형률의 관계를 통하여 산정하였다. 본 연구에서는 영구지반변형에 따른 매설된 상수도관의 지진성능을 요약하여 설명하였으며 연구결과 연성이 매우 큰 폴리에틸렌 상수도관이 매우 우수한 지진성능을 가지고 있음을 알 수 있다.
This paper investigates deformation characteristics of gas pipeline using the in-plane bending experiment and finite element analysis of a pipe bend. The effect of the bending angle and internal pressure on the deformation characteristics is analyzed. The pipe bend used in this study is API 5L X65 (out diameter: 20 inch) material with the thickness of 11.9 mm. The maximum load, displacement at maximum load, angle and local strain of 90° pipe bend are obtained from the in-plane bending experiment. Comparison between FE results and experimental data shows overall good agreements. In addition, the deformation characteristics of 22.5° and 45° pipe bend are calculated using the finite element analysis. As a result, the effect of the bend angle on the deformation characteristics is discussed.
본 연구에서는 공동주택의 외벽에 설치되어 있는 도시가스 입상배관이 지반 침하에 의해 손상된 사례를 약 120여건 조사하였다. 조사결과 약 100mm~200mm 지반 침하가 발생한 것으로 확인되었으며 지반 침하로 인하여 배관이 절단되어 가스가 누출될 정도로 배관이 손상된 사례도 있었는데 이때 절단된 배관 사이의 간격이 약 50mm 이상 되었다. 지반 침하에 의한 배관의 침하량을 측정하기 위한 장치를 설계 및 제작하여 실제 공동주택에 설치한 후 약 5개월 동안 배관의 침하량을 측정한 결과 약 1.3mm 정도 배관이 침하되었음을 확인하였다. 현장 측정 결과를 토대로 현장 상황을 모사한 이론적 배관응력평가를 실시하였다. 그리고 지반 침하가 발생한 경우 가스 입상 배관 전단부에 설치 가능한 신축흡수방법을 검토하고 신축흡수방법을 설치한 경우를 고려하여 가스 입상 배관의 안전성을 평가하였다.
The ASCE formula of pipeline' soil interaction force is the basis of semi-analytical relationship for buried pipelines subjected to longitudinal permanent ground deformation due to seismic induced liquefaction. However, since the ASCE formula has been developed based on the stiffness of non-liquefied region, it is needed to modify for the varied stiffness of liquefied region. With this object, the consideration of decreasing effect of soil stiffness in liquefied region is made: i.e. the spatial distributions of pipeline. soil interaction force in liquefied region. It means that the improved formula can reflect various patterns of permanent ground deformation more realistically. Through the comparative analyses using both the improved and ASCE formula, the applicability of the improved, the limitation of the existing formula and semi-analytical relationship are discussed.
In this study, a prototype model of earthquake loss estimation method will be proposed for the quantitative and qualitative damage evaluation of buried pipeline subjected to Permanent Ground Deformation(PGD) due to liquefaction. With this objective, domestic and foreign status of the arts related with earthquake loss estimation method is summarized at first. Domestic development of computer aided earthquake loss estimation method seems to be difficult for the time being. Thus, referring to HAZUS : Earthquake Loss Estimation Methodology which is developed by FEMA (Federal Emergency Management Agency) and NIBS (National Institute of Building Sciences), earthquake loss estimation procedure of buried pipeline subjected to PGD due to liquefaction are proposed, and then exemplary loss estimation are executed. Considering that there have been no practical earthquake loss estimation method and procedure in Korea, the research accomplishments such as above are considered to be helpful for the substantial development of earthquake loss estimation method of buried pipeline subjected to PGD due to liquefaction.
This paper reports the application study of the ground reinforement under a buried pipeline subjected to differential settlement via a finite element modelling. The Soil-reinforrement interaction helps to mimimize the differential settlement between the adjoining pipe segments. The settlement pattern and deformation slope of a pipeline have been evaluated for a boundary condition at the joint between a rigid structure and apipeline. The analysis results are compared for both non-reinforied and reinforced cases to measure the effectiveness of the soil reinforcement for restraining the settlement of the pipeline.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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