海底管線自沉與土體水平向抗力研究.pdf

1、油氣資源是國(guó)家能源的未來(lái),海洋油氣資源是中國(guó)未來(lái)能源的希望。海底管線在海洋油氣的開(kāi)采運(yùn)輸過(guò)程中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。海底管線在外力作用下的自沉問(wèn)題與土體對(duì)管線的水平向抗力問(wèn)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(guò)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(guò)程。主要的研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:
　　采

2、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(kāi)展了在不同埋置深度下的水平推力試驗(yàn),測(cè)定了管線在水平向運(yùn)動(dòng)過(guò)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(guò)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(guò)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

3、礎(chǔ)上對(duì)原比尺管線水平抗力的發(fā)揮過(guò)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