Исследуется влияние ряда природных и техногенных факторов на протекание процесса теплового взаимодействия трубопровода с многолетнемерзлыми грунтами. Предложена математическая модель, описывающая температурный режим грунта, осадку оттаивающего грунта и планово-высотное положение трубопровода. Расчет температурного режима грунтового массива, окружающего трубопровод, основан на решении уравнения теплопроводности, учитывает тепловое взаимодействие трубопровода и многолетнемерзлых грунтов, теплообмен на поверхности грунта, теплообмен фазовых превращений поровой влаги. При моделировании изменения положения и напряженного состояния трубопровод рассматривается как упругая балка бесконечной длины, находящаяся под действием комплексных нагрузок. Сделаны оценки погрешности расчетов теплового и механического взаимодействия трубопровода с грунтом при определении температурного поля окружающего грунта, положения границы ореола оттаивания и напряженного состояния нефтепровода. Погрешность оценивается на основе анализа данных, полученных расчетным и экспериментальным способами. Полученный уровень погрешности позволяет применять рассмотренную математическую модель на практике для оценки напряженного состояния трубопровода на участках многолетнемерзлых грунтов при долгосрочном прогнозировании. На основе математической модели возможно выявление опасных участков нефтепровода, проложенного в мерзлых грунтах, а также планирование объемов работ на разных отрезках трассы.
The effects of some natural and artificial factors on the thermal interaction between a pipeline and permafrost soil has been studied. A mathematical model describing the soil temperature profile, thawed soil subsidence and pipeline elevation has been proposed. A temperature profile of the soil around the pipeline has been determined through solving the heat conductivity equation. The analysis accounts for the thermal interaction between the pipeline and permafrost soil; soil surface heat exchange; and porous moisture phase transformation heat exchange. For displacement and stress-strain analysis a pipeline has been represented as an elastic endless beam exposed to complex loads. The thermal and mechanical pipeline to soil interaction analysis accuracy has been estimated as the surrounding soil temperature field, the thaw halo border, and the pipeline stress-strain state is determined. The error is estimated by analyzing the data obtained analytically and through experiments. The obtained accuracy is sufficient to apply the proposed model for long-term stress-strain state analysis of a pipeline in permafrost. The model can identify vulnerable permafrost pipeline sections, and forecast the scope of work for each pipeline segment.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.