原油泄漏对输油管道地基土工程性能的影响规律研究

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中俄输油管道在运营期间受季节性冻胀融沉与复杂的工程地质条件影响容易产生不均匀沉降诱发管道破裂发生泄漏,不仅导致环境污染问题,而且对管道地基土的工程性能也产生影响。本研究以中俄原油管道漠大线工程为依托,探讨原油对管道地基土工程性能的影响,研究了原油在地基土中的渗透特性、地基土对原油的吸附特性及不同含油量地基土的抗剪强度。本文主要成果如下:  (1)原油在土中的渗透特性及土层对原油吸附特性研究。针对原油和水的区别,改变常水头试验中试样饱和的控制标准,提出原油在土中的渗透试验方法,开展了基于不同环境温度的渗透试验,获得管压差、渗透出的原油量和渗透时长。计算得出土的渗透率数值。对渗透过程中各个取样剖面位置处积聚原油的成分及饱和烃所占比重进行了检测,获得吸附组分的变化规律,同时与迁移过程中土层吸附原油组分对比。试验结果表明环境温度对原油在土中的渗透性影响较大,但是渗透率的最大值只有原始值的60%~80%;原油和水在土中的渗透差异在于土颗粒对原油存在吸附作用;渗透过程中经土层渗透出的原油饱和烃比重数值接近原初始值,沿迁移路径每一土层吸附饱和烃比重的数值均偏小。  (2)含油土的抗剪强度研究。开展直接剪切试验和三轴剪切试验,分析应力应变关系曲线特征,讨论了含油率及环境温度等因素对剪切试验的影响,获得了含油土的粘聚力和内摩擦角。试验结果表明含油率对抗剪强度参数的影响较大,粘聚力和内摩擦角呈增减交叉的变化规律;含油率一定的试样,-6℃条件下粘聚力的数值较0.5℃提高近2倍,环境温度对内摩擦角的影响较小。  (3)原油泄漏对地基承载力的影响研究。基于渗透试验和剪切试验的试验参数,构建数值模型,开展不同时间条件下土中原油的渗透情况及地基承载力的变化研究。结果表明原油在土中的渗透范围与时间呈现正相关性,原油浓度变化情况也和时间有关;原油泄漏分别削弱了地基临塑荷载、临界荷载及极限承载力,与未污染相比,污染龄期达5年时,三种地基承载力分别降低3.0%、3.0%、7.0%左右。
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