Probabilistic Estimation of Uplift Resistance for Chilled Gas Pipelines

Mark Nixon, Bill Liu, Joe Zhou, Karl Lawrence

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GEO2010 Calgary: 63rd Canadian Geotechnical Conference & 6th Canadian Permafrost Conference

Session: W1-C

ABSTRACT: Pipe-soil interaction in northern climates will have to account for the behaviour of frozen and unfrozen soils, and the transitions between the two as a pipeline traverses discontinuous permafrost regions. Given uncertainties associated with frozen soil properties and the changes in behaviour with time and location, a large variation in pipe uplift resistance is expected. The uplift resistance of a frozen soil is dependent on such properties as tensile strength, creep and the modulus of deformation; it is also dependent on the magnitude and rate of the pipe displacement as well as the pipe dimensions. A series of modeling simulations using Fast Lagrangian Analysis of Continua (FLAC) were completed varying one parameter of the frozen soil with each run to develop a library of peak uplift resistances at different temperatures, soil properties and pipe parameters. A probabilistic analysis of peak uplift resistance of a hypothetical pipe that incorporates a pre-defined distribution of pipe displacement, temperature, and soil properties and allows these to vary with time was completed. The results suggest that the first three months produced the greatest peak pipe uplift resistance because of the completely frozen cover depth, cold temperatures, and highest heave rate of the pipe. By the first summer the resistance was significantly reduced because of the reduced frozen cover depth, lower soil temperatures, and reduced heave rates.

RÉSUMÉ: Les interactions entre le sol et les pipelines dans les climats nordiques doivent tenir compte du comportement des sols gelés et dégelés ainsi que de la zone de transition entre ces deux types de sols quand un pipeline traverse du pergélisol discontinue. Considérant les incertitudes sur les propriétés mécaniques des sols gelés et des changements de comportement dû au temps et aux caractéristiques du site, une grande variation dans la résistance au mouvement du pipeline est anticipée. La résistance d'un sol gelé contre le mouvement vertical d'un pipeline dépend des paramètres tels que la force en tension du sol et du module de déformation; il est aussi dépendant de l'amplitude et du taux de déplacement du pipeline. Des simulations numériques utilisant le ‚Fast Lagrangian Analysis of Continua (FLAC)' on été complétés en variant certain paramètres pour calculer les valeurs maximales de résistance au mouvement vertical. Ces valeurs ont ensuite été utilisées dans des analyses probabilistiques. Les résultats des simulations numériques indiquent que la plus grande résistance au mouvement vertical du pipeline arrive pendant les trois premier mois quand le sol est complètement gelé et le taux du mouvement est maximal. Lorsque le dégel avance a l'été suivant, la résistance des sols est considérablement réduite. L'exemple illustré dans cet article montre que les méthodes probabilités présentées sont faisables.

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