發(fā)布時間：2020-11-11 11:37

　　 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管線的水平向抗力問題是海底管線穩(wěn)定性設(shè)計中十分重要的兩個課題。本文分別采用理論計算與數(shù)值模擬兩種方法對海底管線的自沉規(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、有限元分析和經(jīng)驗公式三種方法研究了土體對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用土，分別對30、50和80mm三種直徑的試驗管段開展了在不同埋置深度下的水平推力試驗，測定了管線在水平向運(yùn)動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，對比分析了數(shù)值模擬結(jié)果與已有公式的計算結(jié)果，驗證了有限元方法在海底管線自沉計算中的適用性。使用ABAQUS軟件對管線的水平抗力發(fā)揮過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，對比分析了數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的異同，在此基礎(chǔ)上對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，針對渤海軟粘土，在自沉深度小于0.5D時，采用Prandtl法計算較為合理；當(dāng)自沉深度大于0.5D時，采用Muff法計算更為合理；同時輔以CEL法的計算結(jié)果進(jìn)行對比分析，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，且峰值抗力對應(yīng)的位移也越大。根據(jù)試驗與數(shù)值模擬結(jié)果，提出了針對渤海土體的管線水平向峰值抗力及其對應(yīng)位移的計算公式。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：P756.2
【部分圖文】：

計算方法進(jìn)行了比較。2005 年，Bruton與 White等針對低剪切強(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，試驗結(jié)果表明在管線運(yùn)動過程中，管線前部會出現(xiàn)較高的土拱，土體對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)計提設(shè)計思路與設(shè)計方法。

Dickin[25]于 1994 年第一次將離心機(jī)試驗（圖 1-4）方法引進(jìn)到海底管線的抗力研究中，并對離心機(jī)試驗方法進(jìn)行了詳盡的介紹[12]。由于該方法可以使尺寸模型試驗反應(yīng)真實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)試驗方法對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算[J];中國海上油氣.工程;2003年02期

4 澍旺;砂土對管道約束力的模型試驗研究[J];海洋工程;1996年01期

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;2004年01期

6 任艷榮;;ABAQUS軟件在管土相互作用中的應(yīng)用[J];中國海洋平臺;2007年04期

本文編號：2879133