油氣資源是國家能源的未來，海洋油氣資源是中國未來能源的希望。海底管線在海洋油氣的開采運(yùn)輸過程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。海底管線在外力作用下的自沉問題與土體對(duì)管線的水平向抗力問題是海底管線穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中十分重要的兩個(gè)課題。本文分別采用理論計(jì)算與數(shù)值模擬兩種方法對(duì)海底管線的自沉規(guī)律進(jìn)行了研究，并比較了兩種方法所得到的結(jié)果；通過模型試驗(yàn)、有限元分析和經(jīng)驗(yàn)公式三種方法研究了土體對(duì)淺埋管線的水平抗力發(fā)揮過程。主要的研究內(nèi)容與結(jié)論如下： 采用渤海灣分布較為廣泛的細(xì)砂和軟粘土作為試驗(yàn)用土，分別對(duì)30、50和80mm三種直徑的試驗(yàn)管段開展了在不同埋置深度下的水平推力試驗(yàn)，測定了管線在水平向運(yùn)動(dòng)過程中土體抗力的發(fā)揮和發(fā)展規(guī)律。應(yīng)用ABAQUS軟件中的CEL技術(shù)模擬了海底管線的自沉過程，對(duì)比分析了數(shù)值模擬結(jié)果與已有公式的計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了有限元方法在海底管線自沉計(jì)算中的適用性。使用ABAQUS軟件對(duì)管線的水平抗力發(fā)揮過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)比分析了數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的異同，在此基礎(chǔ)上對(duì)原比尺管線水平抗力的發(fā)揮過程進(jìn)行了模擬。 研究表明，針對(duì)渤海軟粘土，在自沉深度小于0.5D時(shí)，采用Prandtl法計(jì)算較為合理；當(dāng)自沉深度大于0.5D時(shí)，采用Muff法計(jì)算更為合理；同時(shí)輔以CEL法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，可最終確定管線的自沉深度。不管在砂土或軟粘土中，土體對(duì)管線的水平抗力與管線水平位移關(guān)系曲線大致成倒“L”形，即初始時(shí)水平抗力隨位移迅速增加，當(dāng)其達(dá)到一定值后不再隨位移增大而改變。在埋深相同的情況下，管線的直徑越大，其峰值抗力越大，且峰值抗力對(duì)應(yīng)的位移也越大。根據(jù)試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果，提出了針對(duì)渤海土體的管線水平向峰值抗力及其對(duì)應(yīng)位移的計(jì)算公式。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：P756.2
【部分圖文】：

計(jì)算方法進(jìn)行了比較。2005 年，Bruton與 White等針對(duì)低剪切強(qiáng)度/低滲透軟粘土在水平向循環(huán)荷載作用下的管土相互作用試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明在管線運(yùn)動(dòng)過程中，管線前部會(huì)出現(xiàn)較高的土拱，土體對(duì)管線的水平抗力迅速升倫摩擦模型已不適用（見圖 1-2）。

性進(jìn)行了模擬，采用 CEL（The coupled eulerian langrangian）法（見圖 1海底管線有限元分析中管線、地基土以及管土相互作用時(shí)的大變形問題年，Wang[23]發(fā)展了大變形有限元分析方法，他將網(wǎng)格重劃分與插值技SS）與二維大變形網(wǎng)格技術(shù)（LDFE）應(yīng)用到管線水平向大位移的研究數(shù)值模擬中因大位移造成的網(wǎng)格過度畸形與不收斂問題，使數(shù)值模擬技更廣泛的應(yīng)用空間。2010 年，Pike[24]等應(yīng)用 ABAQUS 中的 CEL 技術(shù)海底管線的抗浮力模塊（TMBM，The thermal mitigationbuoyancy modu土體的相互作用，較好的解決了土體的大變形問題，為管線穩(wěn)定設(shè)計(jì)提設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)方法。

Dickin[25]于 1994 年第一次將離心機(jī)試驗(yàn)（圖 1-4）方法引進(jìn)到海底管線的抗力研究中，并對(duì)離心機(jī)試驗(yàn)方法進(jìn)行了詳盡的介紹[12]。由于該方法可以使尺寸模型試驗(yàn)反應(yīng)真實(shí)大小管線的物理行為，且經(jīng)濟(jì)高效，方便快捷，得到了多學(xué)者的重視。Bransby[26]等人于 2002 年，Palmer[27]等人于 2005 年，Cheuka[等人于 2007 年先后利用離心機(jī)試驗(yàn)方法對(duì)管土相互作用問題進(jìn)行了深入研究
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 任艷榮,劉玉標(biāo),顧小蕓;彈塑性海床上的管土相互作用分析[J];工程力學(xué);2004年02期

2 王金英;趙冬巖;;渤海海底管道工程的現(xiàn)狀和問題[J];中國海上油氣(工程);1992年01期

3 施紅偉,閆澍旺;海底管道的沉降量計(jì)算[J];中國海上油氣.工程;2003年02期

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5 任艷榮,劉玉標(biāo),顧小蕓;海底管土相互作用研究概述[J];中國海洋平臺(tái);2004年01期

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本文編號(hào)：2879133