黄土地区LNG储存罐地基强度特性研究

作     者：郭安邦 

作者单位：青海大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张吾渝

授予年度：2019年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：含水率 抗剪强度 归一化关系 冻融循环 

摘      要：目前关于液化天然气(LNG)储存罐的长期服役特性鲜有报道,如果LNG储存罐地基沉降过大,可能带来整体结构的灾变。随着柴达木盆地天然气产量的提高,在青海地区建设的LNG储存罐也将增多。青海地区广泛分布着湿陷性黄土,而且昼夜温差和季节性降水变化大。因此,以西宁地区某LNG储存罐地基附近的黄土以及用黄土与石灰所配制的灰土为研究对象,在总结国内外相关研究现状的基础上,基于GDS标准应力路径试验系统,研究含水率对黄土强度特性的影响以及冻融循环对黄土与灰土强度特性的影响,为LNG储存罐的基础设计提供参考。主要研究成果包括以下几个方面:(1)对不同含水率(ω=8%,14%,20%)的原状黄土进行固结不排水试验,结果表明:(1)试样应力-应变曲线呈应变硬化型,而且在相同的围压下,试样最大偏应力随着含水率的增加而减小。(2)弹性模量随着围压的增大而增大,随着含水率的增大而减小。(3)通过拟合黏聚力与内摩擦角随含水率变化曲线得到以含水率为变量的库仑抗剪强度公式。(4)建立了考虑含水率和围压影响的归一化应力-应变关系。(2)对不同冻融循环后的原状黄土(冻融循环次数=0,1,3,7,11,15)、重塑黄土(冻融循环次数=0,1,3,7,11,15,20)、灰土(冻融循环次数=0,1,3,7,11,15,20)进行不固结不排水试验。结果表明在冻融循环作用下:(1)原状黄土体积波动范围最大,其次是重塑黄土,灰土比较稳定,三种土样的含水率都有减少的现象。(2)在应力-应变关系方面,原状黄土皆呈应变硬化型,重塑黄土在低围压下有应变软化现象,高围压下为弱应变硬化型,灰土的应力-应变曲线可以分为三个阶段。(3)在弹性模量和最大偏应力方面,原状黄土和重塑黄土在冻融循环1次和3次后有较大的变化,灰土在冻融循环3次后达到最小值,随后随着冻融循环次数的增加一直增大。(4)在黏聚力和内摩擦角方面,原状黄土与重塑黄土没有表现出明显的规律性,灰土的黏聚力变化趋势与弹性模量和最大偏应力相同。(5)原状黄土与重塑黄土可以通过建立的归一化应力-应变关系来预测其在冻融作用下的应力-应变曲线。通过比较三种土样在冻融循环作用下的力学性质,得到不同地基土层的强度特性。