管土相互作用理论

1、管土相互作用理论由于海床土壤的复杂性，管土相互作用理论至今仍未完善。在目前的设计中，主要使用 的土壤模型是美国Bentley公司出版的Autopipe软件手册和美国土木工程师协会（ASCE）出 版的“Guidelines for the Design of Buried Steel Pipe ”指南中定义的方法。Autopipe软件将土壤分为粘土和砂土，粘土又细分为软粘土和硬粘土，砂土又细分为松 散粘土、中等砂土和密实粘土。土抗力(单位长度)在管土相互作用理论中，将土的约束力和位移之间的关系假定为理想弹塑性关系。这一 假定已经在实践中得到证实，而且对于设计来说是保守的。斜率&.率虬位移图1土约

2、束力与位移的理想弹塑性关系曲线1.管线横向约束理论1.1粘土和砂土的初始斜率通过研究桩在横向载荷作用下的受力特性，可以评估埋地管道横向运动产生的土反力。研究表明，在粘土和砂土中，q值随着埋置深度的增加而近似线性增大，可用下式表达：K Zk其中：% 横向反力-位移曲线的初始斜率，Nm2 ；（ FL2）Z 地面至管道中心的距离，m ；（ L）k, 土壤刚度系数，Nm3，见表1和表2所列的典型值。（FL）表1粘土的k值不排水剪切强度S （ lb,ft2）u（ lb/in3）的范围25010-3050030-1001000100-3002000300-100040001000-3000表2砂土的七值相

3、对密度（ lb/in3）的范围水面以上水面以下松散8-255-20中等25-9016-60密实65-22540-125注：1lb ft2 = 47.88Pa , 1lb in3 = 271.46KN. m3在粘土和砂土中，管道横向运动产生的土反力大小强烈取决于回填土是否压实。欠压实 的回填土对管道位移提供很小的反力，约为10lbin3的级别；压实可以提高粘土的强度和砂 土的相对密度，压实良好的回填土提供的土反力约为100lbin3的级别。回填土对管道横向位 移的极限阻力（匕）取决于土壤强度，可以根据地锚的被动土压力理论评估匕，下面分别介 绍粘土和砂土情况下的P计算公式。11.2粘土的极限阻力当

4、埋地管道的回填土为粘土时，P可由下式计算：1P1 = RS d其中：P1假设K2为零时，管道横向位移的极限阻力，N.,m2 ；（ F L）R 随埋置深度变化的系数（无量纲），见表3,其中H表示地面到管道底部的深 度，m ；Su 不排水剪切强度，Pa ；（ FjL）管道外径，表3粘土对管道的横向反力系数RcHdRc12.023.534.545.356.066.788.0108.2=129.01.3砂土的极限阻力当埋地管道的回填土为砂土时，P可由下式计算：1P1 = RdZy 其中：匕一假设K之为零时，管道横向位移的极限阻力， Nm2 ； （ FL）R 随埋置深度和砂土相对密度变化的系数（无量纲），见表4；y 土壤单位有效重量，N/m3。地下水位以下的y=ysat-yH2），地下水位以上的 y =yd + w（y -yd ），w 表示土的含水量。（f：l）表4砂土对管道的横向反力系数RSHidRs松散中等密实12.73.95.723.04.56.933.85.99.64