Finite Element Modeling of Uplift Pipeline-Soil Interaction in Dense Sand

ABSTRACT: Buried pipelines are one of the most efficient and popular methods to transport natural gas and petroleum products. Geohazards and the associated ground movement represent a significant threat to pipeline integrity that may result in pipeline damage and potential failure. Pipelines are often buried at shallow depth and therefore the behaviour of soil at low stress level needs to be considered for proper modeling of the pipeline response when subjected to upward movement. In this study, finite element (FE) modeling of pipeline-soil interaction is presented, where the stress-stain behaviour of soil at low stress level, including post-peak softening, is implemented. At first, triaxial test results are simulated to validate the proposed model and numerical techniques. Pipeline-soil interaction in the plane strain condition is then simulated for uplift loading. The Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) method available in Abaqus/Explicit is used for FE modeling. One of the main advantages of this method is that it can simulate large deformation behaviour. The variation of non-dimensional uplift force with non-dimensional displacement is examined for different depths of embedment.

RÉSUMÉ: Canalisations enterrées sont l'une des méthodes les plus efficaces et les plus populaires pour le transport de gaz naturel et de produits pétroliers . Aléas géologiques et les mouvements au sol associée représentent une menace importante pour l'intégrité du pipeline qui peut entraîner des dommages causés au pipeline et l'échec potentiel . Les pipelines sont souvent enterrés à faible profondeur et donc le comportement de sol à faible niveau de stress doit être pris en considération pour une bonne modélisation de la réponse du pipeline lorsqu'il est soumis à un mouvement vers le haut . Dans cette étude , éléments finis (EF ) la modélisation de l'interaction pipeline - sol est présentée , où le comportement contrainte - tache de sol à faible niveau de stress , y compris post-pic ramollissement , est mis en œuvre . Dans un premier temps , les résultats des tests triaxiaux sont simulées pour valider le modèle proposé et les techniques numériques . Interaction pipeline - sol à l'état de déformation plane est ensuite simulé pour le soulèvement de chargement . La méthode disponible dans Abaqus / Explicit arbitraire Lagrange - Eulerian ( ALE ) est utilisé pour la modélisation FE . L'un des principaux avantages de cette méthode est qu'elle permet de simuler le comportement de déformation importante . La variation de la force de soulèvement non - dimensionnelle avec un déplacement non - dimensionnelle est examinée pour différentes profondeurs de l’encastrement.