The Behavior of Variable-Diameter Pipeline Segments on Landslides in Numerical Simulations

• Autorzy: Kowalska-Kubsik Iwona

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2025-01-31

Warianty tytułu

PL

Zachowanie segmentów rurociągów o zmiennej średnicy na osuwiskach w symulacjach numerycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The construction of pipelines in mountainous areas presents significant engineering challenges, primarily due to landslide risks and complex geological conditions. Pipelines laid on slopes are exposed to forces resulting from soil mass movements, which can lead to serious deformations or even structural failures. While minor ground displacements can often be managed without the need for costly geotechnical solutions, landslide-prone areas require precise routing, continuous monitoring, and strict adherence to safety regulations. The strategic importance of gas pipelines, combined with their vulnerability to landslide-induced damage, underscores the need for detailed geotechnical assessments and an interdisciplinary approach involving engineers, designers, and environmental specialists. Despite ongoing research into pipeline behavior under landslide conditions, there is still a lack of practical tools for predicting and preventing such damage. This article discusses the key natural and anthropogenic factors that trigger landslides and highlights the growing role of numerical modeling in analyzing pipeline performance under various landslide scenarios. Particular attention is given to the behavior of a steel pipeline in a zone of diameter transition located within a landslide area. Improving monitoring systems and developing predictive indicators are essential for reducing risk and enhancing emergency response capabilities in slope-affected regions.

PL

Budowa rurociągów w terenach górskich stanowi istotne wyzwanie inżynieryjne, głównie z powodu ryzyka osuwisk oraz złożonych warunków geologicznych. Rurociągi układane na stokach są narażone na oddziaływanie sił wynikających z przemieszczeń mas ziemnych, co może prowadzić do poważnych odkształceń, a nawet uszkodzeń strukturalnych. Podczas gdy niewielkie przemieszczenia gruntu można często kontrolować bez konieczności stosowania kosztownych rozwiązań geotechnicznych, obszary szczególnie narażone na osuwiska wymagają precyzyjnego trasowania, ciągłego monitoringu oraz ścisłego przestrzegania przepisów bezpieczeństwa. Strategiczne znaczenie gazociągów, w połączeniu z ich podatnością na uszkodzenia wywołane przez osuwiska, podkreśla konieczność przeprowadzania szczegółowych ocen geotechnicznych oraz zastosowania interdyscyplinarnego podejścia, obejmującego inżynierów, projektantów i specjalistów ds. środowiska. Pomimo trwających badań nad zachowaniem rurociągów w warunkach osuwiskowych, wciąż brakuje praktycznych narzędzi umożliwiających skuteczne przewidywanie i zapobieganie takim uszkodzeniom. W artykule omówiono kluczowe czynniki naturalne i antropogeniczne wywołujące osuwiska oraz podkreślono rosnącą rolę modelowania numerycznego w analizie pracy rurociągów w różnych scenariuszach osuwiskowych. Szczególną uwagę poświęcono zachowaniu stalowego rurociągu w strefie zmiany średnicy zlokalizowanej w obrębie obszaru osuwiskowego. Udoskonalanie systemów monitoringu oraz rozwój wskaźników prognostycznych są kluczowe dla ograniczania ryzyka i zwiększenia skuteczności działań awaryjnych w rejonach zagrożonych ruchami masowymi.

Słowa kluczowe

EN

numerical simulation; landslide; gas pipe; materials

PL

symulacja numeryczna; osuwisko; rurociąg gazowy; materiały

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 1, no. 1
• Strony: 235--243
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kowalska-Kubsik Iwona

• Faculty of Drilling, Oil and Gas, AGH University of Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0708-2937

Bibliografia

• 1. Zhou X.Y., Guo Y.H., Lv X.H., Yang Y.: Study on Effects of Different Factors on Pipelines Risk under Landslide.Industrial Safety and Environmental Protection, 38, 2012, pp. 42–44.
• 2. Xue H., Yang X.Q.: Design and Construction of Sino-Burma Oil-Gas Pipeline in Typical Geological Hazard Areas.Oil & Gas Storage and Transportation, 32, 2013, pp. 1320–1324.
• 3. Ho D., Wilbourn N., Vega A., Tache J.: Safeguarding a Buried Pipeline in a Landslide Region. Pipelines 2014, Portland Oregon, 3–6 August 2014, pp. 1162–1174. https://doi.org/10.1061/9780784413692.105.
• 4. Lin D., Lei Y., Xu K.F. et al.: An Experiment on the Effect of a Transverse Landslide on Pipelines. Acta Petrolei Sinica, 32, 2011, pp. 728–732.
• 5. Lin D., Xu K.F., Huang R.Q. et al.: Landslides Classification of Pipeline for Transporting Oil and Gas. Welded Pipe and Tube, 32, 2009, pp. 66–68.
• 6. Wang L., Deng Q.L.: Mechanical Analysis on the Safety of Gas-Transporting Pipeline Caused by Landslide for Deformation. Journal of Engineering Geology, 18, 2010, pp. 340–345.
• 7. Kinash O., Najafi M.: Large-Diameter Pipe Subjected to Landslide Loads. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, 3, 2012: 1–7. https://doi.org/10.1061/(ASCE)PS.1949-1204.0000091.
• 8. Magura M., Brodniansky J.: Experimental Research of Buried Pipelines. Procedia Engineering, 40, 2012, pp. 50–55. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.07.054.
• 9. Zhao X.Y., Zhao Y.: Strain Response Analysis of Oil and Gas Pipelines Subject to Lateral Landslide. Journal of Natural Disasters, 23, 2014, pp. 250–256.
• 10. Huang K., Lu H.F., Wu S.J. et al.: The Stress Analysis of Buried Gas Pipeline Crossing the Landslide. Chinese Journal of Applied Mechanics, 32, 2015, pp. 689–693.
• 11. Liu W.Q., Zheng J., Wu H.G. et al.: Experimental Study on Effect of Orthogonal Landslide on Pipe by Model Simulation. Railway Engineering, 6, 2015, pp. 117–120.
• 12. ANSYS Inc.: ANSYS Documentation. 2024.
• 13. Więckowski Z.: The Material Point Method in Large Strain Engineering Problems. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 193(39–41), 2004, pp. 4417–4438. https://doi.org/10.1016/j.cma.2004.01.035.
• 14. Hao J.B., Liu J.P., Jing H.Y., Zhang H., Shen F., Tong H., Liu L.: A Calculation of Landslide Thrust Force to Transverse Pipeline. Acta Petrolei Sinica, 33(6), 2012, pp. 1093–1097. https://doi.org/10.7623/syxb201206025.
• 15. Calvetti F., di Prisco C., Nova R.: Experimental and Numerical Analysis of Soil-Pipe Interaction. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 130, 2004, pp. 1292–1299. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2004)130:12(1292).
• 16. Li H., Xu Z., Yang Y.H., et al.: Strength Failure Analysis of Buried Piping Loaded with Landslide. Process Equipment & Piping, 49, 2012, pp. 54–57.
• 17. Alam S., Allouche E., Bartlett C. et al.: Experimental Evaluation of Soil-Pipe Friction Coefficients for Coated Steel Pipes. Pipelines 2013 Conference, Fort Worth, 22–26 June 2013, pp. 360–371. https://doi.org/10.1061/9780784413012.034.
• 18. Dezfooli M., Abolmaali A., Razavi M.: Coupled Nonlinear Finite-Element Analysis of Soil-Steel Pipe Structure Interaction. International Journal of Geomechanics, 15, 2015, art. 04014032. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000387.
• 19. Vazouras P., Dakoulas P., Karamanos S.A.: Pipe-Soil Interaction and Pipeline Performance under Strike-Slip Fault Movements. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 72, 2015, pp. 48–65. https://doi.org/10.1016/j.soil-dyn.2015.01.014.
• 20. Baek J., Schlinkman R. T., Beckwith F. N., and J.-S. Chen, “A deformation-dependent coupled Lagrangian/semi-Lagrangian meshfree hydromechanical formulation for landslide modeling,” Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences, Vol. 9, No. 1, p. 20, Sep. 2022, https://doi.org/10.1186/s40323-022-00233-9
• 21. Yan Y., Zhou J., Xie C., Yin S., Hu S., and Wang R., “Quantitative estimation of pipeline slope disaster risk in China,” International Journal of Disaster Risk Science, Vol. 14, No. 2, pp. 298–312, Feb. 2023, https://doi.org/10.1007/s13753-023-00462-5
• 22. Zhang, J., Huang, S., Wang, H., He, J., Zhao, H., Zhou, B., & Liu, J. (2024). Interaction of pipelines with landslides: Analysis of mechanical properties at different strengths. Vibroengineering Procedia, 57, 59–65. https://doi.org/10.21595/vp.2024.24307

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2026).