海底管线竖直向屈曲剧变过程中土体抗力的研究

发布时间：2020-12-14 09:36

　　随着海上油气田开发规模的不断扩大,海底管线的应用越来越广泛,随之而来的海底管线在温度应力下的屈曲剧变问题也逐渐突显。管线的屈曲剧变是指管线在内外温差和压差作用下,内部产生较大的附加应力,由于地基土的约束作用,管线无法自由变形释放应力,应力不断累积,当其值超过地基土对管线的约束力时,管线将发生竖直向或水平向的突然弯曲大变形,最终丧失使用功能,因此地基土对管线的约束力是管线屈曲剧变研究中的重要内容。本文结合这一课题开展了以下研究工作。1.系统地进行相关文献调研和整理工作,全面总结了国内外在这一方面的研究成果;2.进行了室内模型实验研究,分别选取了砂土和粘土作为实验用土并采用30mm、50mm和80mm管径的不锈钢管模拟管线,设计管线的埋置率（H/D）分别为1-9,共进行了161组实验,系统整理和分析了实验结果;3.以实验数据为依据,推导了当海底埋设管线发生竖直向上运动,土体最大抗力的计算公式并建立起描述土体抗力发挥过程的非线性弹簧模型;4.对管土相互作用进行了有限元数值模拟,采用PLAXIS有限元软件对模型实验过程进行数值模拟,分析管线在竖直向上运动时土体的破坏模式和土抗力峰值与管径和埋深... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

砂土模型试验槽示意图和现场装置照片

图 2-1 砂土模型试验槽示意图和现场装置照片分别选取直径为30mm、50mm、80mm的不锈钢管模拟管线，管长1200mm，两端封堵，各伸出模型槽外100mm以消除管线运动时管端对土体的扰动，如图2-2所示，相关参数见表2-1。在砂土中管线的埋置率（H/D）分别为1～9，采用挖沟回填的方式铺设管线（见图2-3）。在粘土中埋置率分别取1～8，采用分层填筑的方式。图 2-2 不锈钢管线表 2-1 管线相关参数D(mm) d(mm) E(kPa) W(kg) l(m) w(kN/m)30 27 2.06E+08 2.6 1.20 0.02250 46 2.06E+08 6.1 1.20 0.05180 75 2.06E+08 12.3 1.20 0.103薄塑料挡板

图 2-3 砂土实验管线埋设示意图为了满足实验过程中对于管线位移运动的观察和方便实验数据的采集要求，本实验的动力施加装置采用了电动机和减速仪（见图2-4a）结合使用的方式。通过控制仪（见图2-4b）有效地调节电机的转动速率，以满足实验要求各种转速，通过调整电动机运转速率，此装置可以有效的减缓管线运动速率。在砂土实验中，电动机的运转速率控制为0.15mm/s，粘土实验中电机的速率控制在0.06mm/s。实验中的动力传递装置由定滑轮和钢丝绳组成，将定滑轮焊接在钢架上面，起到调节钢丝绳受力方向和固定钢丝绳的作用。选用的定滑轮额定拉力为1500kg的等级，钢丝绳选用直径为3mm、额定拉力为1000kg规格，均满足实验的要求（见图2-5）。a.电动机与减速仪现场照片 b.控制仪现场照片图 2-4 动力系统和控制系统照片回填细砂管线o35填土面HD开挖面压实细砂

【参考文献】：
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硕士论文
[1]掩埋海底管线的管土相互作用研究[D]. 武玉斐.天津大学 2009
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本文编号：2916214