随机波浪作用下海底管线和海床相互作用研究

发布时间：2017-12-25 13:35

  本文关键词：随机波浪作用下海底管线和海床相互作用研究　出处：《大连理工大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：海底管道是敷设在海床表面或埋于海底一定深度的工程结构物,常用于输送石油、天然气等能源物资。在设计海底埋置管线时,波浪荷载在所有荷载中占主导地位。波浪在海床表面的传播过程中,会在海床表面产生周期性的波压力,当波压力进一步传递到海床内部时,会在海床内部产生超孔隙水压力和附加有效应力,进而改变海床内部有效应力的分布,又由于管线的存在一定程度上影响其周围土体的应力分布,最终导致土体液化和管线的破坏。管线失稳引起油气泄漏,不仅会造成经济损失,更会对环境造成巨大污染。因此,为了合理地评价海底管线在波浪作用下的安全性和稳定性,必须正确考虑波浪荷载在管线周边海床中所引起的动力响应及其对管线自身动力响应的影响。由于土体特性、管线形状和波浪形式的复杂性,该工程问题一直没有得以彻底解决,在海底管线的设计中,大多局限于经验性的结论。因此随着海上油田的不断开发和工程规模的逐渐扩大,正确评估海底管线的安全与稳定性显得极其重要。 目前大多数研究只考虑了线性规则波浪作用下海底埋置管线的动力响应,忽略了波浪自身的随机特性。本文基于广义Biot固结理论,结合随机波浪谱分析方法,同时考虑管-土接触及惯性效应,建立了随机波浪作用下海底管线与海床相互作用的二维有限元模型。通过计算发现在随机波浪和代表性波浪作用下,沿海床深度方向超孔隙水压力和竖向有效应力明显不同,管线外表面土体孔隙水压力和管线应力及其位移也存在显著差异。结果表明,波浪随机特性对海底管线动力响应有显著影响,忽略波浪的随机特性,会低估海底管线的动力响应。因此在海底管线设计和安全评估时应合理考虑波浪荷载的随机特性。 分别针对管-土接触效应和惯性效应,讨论了随机波浪作用下海底管线的动力响应差异。数值计算结果表明,管-土间接触效应对随机波浪引起的管线周边超孔隙水压力影响很小,但对管线内部正应力影响显著。惯性效应对随机波浪引起的管线周边超孔隙水压力和管线内部正应力影响均较小。讨论了管线几何尺寸及埋深对同时考虑管-土之间的接触效应和惯性效应计算得到的管线内正应力及管线位移与同时忽略两种效应计算得到的结果差值的影响,计算结果表明,管线埋深和半径对结果差值有很大影响。通过变动参数,重点考察了海床土体不同渗透系数、变形模量和饱和度对管线竖向位移和管线周边沿海床深度方向的超孔隙水压力和竖向有效应力的影响。分别研究了同时考虑管-土接触和惯性效应时,管线埋深和半径对不同海床渗透系数、变形模量和饱和度条件下管线竖向位移及其内部正应力的影响。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P756.2

【参考文献】

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本文编号：1333052