برهمکنش ذوب شدن خاک منجمد و خط لوله

این مثال، استفاده از قابلیت مدل‌سازی جابجایی فشار منفذی-دما کوپل شده در Abaqus/Standard را برای مدل‌سازی اثرات نشست ناشی از ذوب که معمولاً در خطوط لوله نسبتاً گرم مدفون در لایه منجمد دائمی رخ می‌دهد، نشان می‌دهد.

در این صفحه بحث می‌شود:

توضیحات برنامه
رویکردهای مدل‌سازی و تکنیک‌های شبیه‌سازی در آباکوس
فایل‌های ورودی
منابع
جداول
ارقام
محصولات آباکوس/استاندارد

توضیحات برنامه
نشست ناشی از ذوب شدن یخ عموماً در آب‌های کم‌عمق و در گذرگاه‌های ساحلی رخ می‌دهد، جایی که خاک منجمد متصل به یخ، زیر خط لوله قرار دارد (Xu و همکاران، ۲۰۰۹). به دلیل گرمای آزاد شده از خط لوله نسبتاً گرم، خاک منجمد اطراف ممکن است به تدریج در طول سال‌ها کار ذوب شود و یک حباب ذوب ناشی از ذوب شدن یخ ایجاد کند. به طور کلی اعتقاد بر این است که ظرفیت تحمل بار خاک در نتیجه تشکیل ذوب کاهش می‌یابد، که به نوبه خود (در نتیجه وزن خاک بالای آن) می‌تواند منجر به تغییر شکل و تنش بیش از حد در خط لوله شود که در نهایت به آسیب آن منجر می‌شود.

دو مکانیسم اصلی رفتار مسئله را کنترل می‌کنند: انتقال حرارت از خط لوله گرم به خاک منجمد اطراف که منجر به ذوب شدن خاک منجمد و انتشار سیال منفذی و تحکیم مرتبط با آن در توده خاک ذوب شده اطراف خط لوله می‌شود. این تحلیل با استفاده از دو رویکرد انجام می‌شود. رویکرد اول، رویکرد ترتیبی است که در آن فرآیند ذوب شدن خاک منجمد به عنوان یک تحلیل انتقال حرارت خالص در نرم‌افزار Abaqus مدل‌سازی می‌شود و دمای حاصل برای انجام تحلیل تحکیم خاک استفاده می‌شود. رویکرد دوم، رویکرد کاملاً کوپل شده است که در آن مسائل انتقال حرارت و تحکیم خاک به صورت کاملاً کوپل شده در یک تحلیل واحد حل می‌شوند. این رویکرد از المان‌های کوپل شده دما-فشار منفذی استفاده می‌کند که علاوه بر میدان‌های جابجایی و فشار منفذی، میدان دما را به عنوان یک درجه آزادی گره‌ای حل می‌کنند. نتایج به دست آمده با استفاده از این دو رویکرد مقایسه شده و مزایای استفاده از یک رویکرد کاملاً کوپل شده مورد بحث قرار گرفته است. مدل ارائه شده در اینجا از Xu و همکاران (۲۰۰۹) اقتباس شده است، که در آن از رویکرد اول به تنهایی برای بررسی این مسئله استفاده شده است.