基于AnsysWorkbench有限元分析软件，利用稳态热和静力学模块对冻土区埋地管道及其周围土壤温度场进行分析。分析发现：管道应力主要集中在弯头处，且埋地处的弯头应力较大；位移量则是在管道出土后的最前端出现最大值；土壤的温度场受低温管道的影响，在管道的四周形成了一个低温区，且温度以逐渐递增的形式向四周扩散。

长输油气管道在一般地段埋地敷设,当经过季节性斜坡冻土区时,由于冻融引起的坡体蠕滑作用导致管道产生附加应力。通过安装管道轴向应变传感器可监测坡体蠕滑作用导致的管道轴向应力变化,但开展管道强度评价时,需要明确管道应变监测初始应力,由于应力检测技术多在实验室环境下使用,工程上并不成熟,目前行业内一般通过有限元建模计算方法获取管道应变监测初始应力。以涩宁兰一线某穿越斜坡季节性冻土地貌埋地管道为例,介绍了位于季节性冻土区的管道当前面临的主要风险、土体位移分布形式与位移的确定,以及季节性冻土区斜坡体位移作用下管道的受力和变形情况。采用向量式有限元方法,利用空间梁单元和非线性土弹簧模型对灾害点管道进行了数值模拟,并得到管道现状应力分布,为确定管道本体应变监测截面位置、估计管道现状应力分布及管道安全评价提供依据。(图11,表4,参18)

冻土在冻融过程中不论是融土区、过渡区还是冻土区都涉及应力场问题,而且应力场对土体的冻胀、压密变形过程及冷凝冰的形成起着重要作用。冻土区埋地输油管道周围土壤受管道油流及大气环境的影响,易产生不同特点的应力变化,发生融沉和冻胀变形,对输油管道造成破坏。以多年冻土区A管道的监测资料建立冻土区埋地输油管道应力分析模型,为与其并行敷设的B管段提供参考依据。分析发现:油压很大程度上制约了最大允许沉降变形;增加壁厚可以有效提升允许沉降变形,且油压越高,增加壁厚的作用越显著;当油压较高、差异性变形超过0.8 m时,采取增加管壁厚度的结构措施的效率是降低的,因此,在这些路段还应该采取一些其他措施,如合理改进融沉/非融沉过渡,降低融沉过程中管道的弯曲应力。

用ANSYS软件热分析程序建立了多年冻土地区储罐地基的轴对称有限元模型,采用焓法解决冻土相变问题,通过热分析得到了50年内任一月份地基的温度场。根据计算结果,分析了储罐地基各点在不同深度处地温的变化规律。然后,把热分析单元转换为结构分析单元,对附加应力和包含融沉的地基变形进行了计算。最后得出结论:本工程中油罐地基在50年的使用期间是不安全的,应该采取特殊的工程措施来保持地基稳定。

广州轨道交通3号线天河客运站折返线及风道采用全断面水平冻结、矿山法开挖及构筑施工。为了确定合理的冻结方案,采用有限元法计算对冻土帷幕多种厚度和温度下的受力及变形状况进行分析。结果表明:冻结帷幕厚度2.0 m,平均温度-10℃时,冻土帷幕参数最为合理。在此基础上,对冻结帷幕安全状态进行计算,得到冻结帷幕的优化设计方案。