海底管线自沉与土体水平向抗力研究

发布时间：2020-11-11 11:37

　　 油气资源是国家能源的未来，海洋油气资源是中国未来能源的希望。海底管线在海洋油气的开采运输过程中得到了越来越广泛的应用。海底管线在外力作用下的自沉问题与土体对管线的水平向抗力问题是海底管线稳定性设计中十分重要的两个课题。本文分别采用理论计算与数值模拟两种方法对海底管线的自沉规律进行了研究，并比较了两种方法所得到的结果；通过模型试验、有限元分析和经验公式三种方法研究了土体对浅埋管线的水平抗力发挥过程。主要的研究内容与结论如下： 采用渤海湾分布较为广泛的细砂和软粘土作为试验用土，分别对30、50和80mm三种直径的试验管段开展了在不同埋置深度下的水平推力试验，测定了管线在水平向运动过程中土体抗力的发挥和发展规律。应用ABAQUS软件中的CEL技术模拟了海底管线的自沉过程，对比分析了数值模拟结果与已有公式的计算结果，验证了有限元方法在海底管线自沉计算中的适用性。使用ABAQUS软件对管线的水平抗力发挥过程进行了数值模拟，对比分析了数值模拟结果与试验结果的异同，在此基础上对原比尺管线水平抗力的发挥过程进行了模拟。 研究表明，针对渤海软粘土，在自沉深度小于0.5D时，采用Prandtl法计算较为合理；当自沉深度大于0.5D时，采用Muff法计算更为合理；同时辅以CEL法的计算结果进行对比分析，可最终确定管线的自沉深度。不管在砂土或软粘土中，土体对管线的水平抗力与管线水平位移关系曲线大致成倒“L”形，即初始时水平抗力随位移迅速增加，当其达到一定值后不再随位移增大而改变。在埋深相同的情况下，管线的直径越大，其峰值抗力越大，且峰值抗力对应的位移也越大。根据试验与数值模拟结果，提出了针对渤海土体的管线水平向峰值抗力及其对应位移的计算公式。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2012
【中图分类】：P756.2
【部分图文】：

计算方法进行了比较。2005 年，Bruton与 White等针对低剪切强度/低渗透软粘土在水平向循环荷载作用下的管土相互作用试验，试验结果表明在管线运动过程中，管线前部会出现较高的土拱，土体对管线的水平抗力迅速升伦摩擦模型已不适用（见图 1-2）。

性进行了模拟，采用 CEL（The coupled eulerian langrangian）法（见图 1海底管线有限元分析中管线、地基土以及管土相互作用时的大变形问题年，Wang[23]发展了大变形有限元分析方法，他将网格重划分与插值技SS）与二维大变形网格技术（LDFE）应用到管线水平向大位移的研究数值模拟中因大位移造成的网格过度畸形与不收敛问题，使数值模拟技更广泛的应用空间。2010 年，Pike[24]等应用 ABAQUS 中的 CEL 技术海底管线的抗浮力模块（TMBM，The thermal mitigationbuoyancy modu土体的相互作用，较好的解决了土体的大变形问题，为管线稳定设计提设计思路与设计方法。

Dickin[25]于 1994 年第一次将离心机试验（图 1-4）方法引进到海底管线的抗力研究中，并对离心机试验方法进行了详尽的介绍[12]。由于该方法可以使尺寸模型试验反应真实大小管线的物理行为，且经济高效，方便快捷，得到了多学者的重视。Bransby[26]等人于 2002 年，Palmer[27]等人于 2005 年，Cheuka[等人于 2007 年先后利用离心机试验方法对管土相互作用问题进行了深入研究
【参考文献】

相关期刊论文 前6条

1 任艳荣,刘玉标,顾小芸;弹塑性海床上的管土相互作用分析[J];工程力学;2004年02期

2 王金英;赵冬岩;;渤海海底管道工程的现状和问题[J];中国海上油气(工程);1992年01期

3 施红伟,闫澍旺;海底管道的沉降量计算[J];中国海上油气.工程;2003年02期

4 澍旺;砂土对管道约束力的模型试验研究[J];海洋工程;1996年01期

5 任艳荣,刘玉标,顾小芸;海底管土相互作用研究概述[J];中国海洋平台;2004年01期

6 任艳荣;;ABAQUS软件在管土相互作用中的应用[J];中国海洋平台;2007年04期

本文编号：2879133