[1]郝彦昕,年作斌,王正中,等.基于水-热-力耦合的高寒区大口径地下输水管道合理埋深研究[J].水利与建筑工程学报,2026,(04):111-120.[doi:10.3969/j.issn.1672-1144.2026.04.015]
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基于水-热-力耦合的高寒区大口径地下输水管道合理埋深研究()

《水利与建筑工程学报》[ISSN:1672-1144/CN:61-1404/TV]

卷:
期数:
2026年04期
页码:
111-120
栏目:
出版日期:
2026-08-20

文章信息/Info

作者:
郝彦昕1年作斌1王正中12江浩源12薛博祥3
1.西北农林科技大学 水利与建筑工程学院,陕西 杨凌 712100;2.西北农林科技大学 旱区寒区水工程安全研究中心,陕西 杨凌 712100;3.中国电建集团西北勘测设计研究院,陕西 西安 710100
关键词:
高寒区冻融循环水热力三场耦合地下输水管道合理埋深
分类号:
TU43
DOI:
10.3969/j.issn.1672-1144.2026.04.015
文献标志码:
A
摘要:
为降低冻融作用对高寒区大口径地下输水管道安全运行的影响,现行规范通常要求管道埋深大于冻深,但复杂地形条件下全线按冻深控制埋深成本剧增。本文以新疆某 PCCP输水管道工程为背景,基于冻土水-热-力三场耦合理论,建立考虑管道-冻土相互作用的多场耦合数值模型,分析冻深、地下水位及管道埋深对管周温度场、位移场和应力场的影响规律。以管内水不冻结、管道变形及结构强度满足安全要求为判定准则,计算分析 11组冻深和 5组地下水埋深共 55组工况,确定不同条件下管道合理埋深。结果表明:管道合理埋深随冻深增大而增大,随地下水埋深增大而减小;当地下水埋深为3.0m时,冻深由 1.0m增至 2.0m,合理埋深由 0.7m增至 1.5m;当冻深为 1.5m时,地下水埋深由 0m增至3.0m,合理埋深由 1.2m减小至 1.0m。基于 55组工况拟合得到冻深、地下水埋深与合理埋深之间的函数关系,合理埋深整体较规范埋深降低约 20%~33%。

参考文献/References:

[1] 邓铭江.中国西北“水三线”空间格局与水资源配置方略[J].地理学报,2018,73(07):1189-1203.
[2] 李 江,杨辉琴,金 波,等.新疆长距离输水管道工程管材选择与安全防护技术进展[J].水利水电科技进展,2019,39(05):56-65.
[3] 滕振超.基于多场耦合的季冻区埋地输油管道-土相互作用研究[D].大庆:东北石油大学,2022.
[4] GBT20203—2017 管道输水灌溉工程技术规范[S].北京:中国标准出版社,2017.
[5] LachenbruchAH.Someestimatesofthethermaleffectsofaheatedpipelineinpermafrost[R].Washington:U.S.GeologicalSurvey,1970.
[6] OlugunwaB,RaceJ,TezdoganT.Theinfluenceofburi-aldepthandsoilthermalconductivityonheattransferinburiedCO2 pipelinesforCCS:aparametricstudy[C]//Proceedingsofthe202013thInternationalPipelineCon-ference.NewYork:ASME,2021:V002T08A006.
[7] 齐 浩,马贵阳,孟向楠,等.不同埋深热油管道数值计算[J].石油化工高等学校学报,2012,25(06):63-66.
[8] 郑 平,马贵阳,顾锦彤.带伴热管的埋地管道土壤温度场数值模拟[J].油气储运,2007,26(05):15-17.
[9] HarlanRL.Analysisofcoupledheat-fluidtransportinpartiallyfrozensoil[J].WaterResourcesResearch,1973,9(05):1314-1323.
[10] HanssonK,imǔnekJ,MizoguchiM,etal.Waterflowandheattransportinfrozensoil:numericalsolutionandfreeze-thaw applications[J]. VadoseZoneJournal,2004,3(02):693-704.
[11] 刘 月,王正中,王 羿,等.考虑水分迁移及相变对温度场影响的渠道冻胀模型[J].农业工程学报,2016,32(17):83-88.
[12] 王正中,江浩源,王 羿,等.旱寒区输水渠道防渗抗冻胀研究进展与前沿[J].农业工程学报,2020,36(22):120-132.
[13] 王 羿,王正中,刘铨鸿,等.寒区输水渠道衬砌与冻土相互作用的冻胀破坏试验研究[J].岩土工程学报,2018,40(10):1799-1808.
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[17] 徐学祖,王家澄,张立新,等.温度梯度诱导薄膜水迁移的冻胀机理[J].科学通报,1997(09):956-959.
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[19] 王正中,袁 驷,陈 涛.冻土横观各向同性非线性本构模型的实验研究[J].岩土工程学报,2007,29(08):1215-1218.
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[21] LiuQuanhong,WangZhengzhong,LiZhanchao.Trans-verselyisotropicfrostheavemodelingwithheat-moisture-deformationcoupling[J].15(5):1273-1287.
[22] 王正中,刘少军,王 羿,等.寒区弧底梯形衬砌渠道冻胀破坏的尺寸效应研究[J].水利学报,2018(07):803-813.
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[24] 葛建锐.北方寒区灌渠衬砌基体土冻胀性能研究[D].大庆:黑龙江八一农垦大学,2015.
[25] 刘兴超.季冻区渠道边坡水、热、变形耦合冻胀模型研究[D].哈尔滨:东北农业大学,2016.
[26] 王文杰,王正中,李 爽,等.季节冻土区衬砌渠道换填措施防冻胀数值模拟[J].干旱地区农业研究,2013,31(06):83-89.
[27] GB/T50010—2010(2024年版) 混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑出版传媒有限公司,2024.
[28] GB50332—2002 给水排水工程管道结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

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备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期:2026-02-01 修稿日期:2026-03-27
基金项目:国家自然科学基金项目(U2003108);国家重点研发计划“水资源高效开发利用”重点专项项目(2017YFC0405103);冻土工程国家重点实验室开放基金资助项目(SKLFSE201801)
作者简介:郝彦昕(1998—),硕士研究生,研究方向为水工结构工程及冻土工程。E-mail:yanxin_hao@163.com
通讯作者:王正中(1963—),教授,主要从事旱区寒区水工程安全研究工作。E-mail:wangzz0910@163.com
更新日期/Last Update: 1900-01-01