海底管線自沉與土體水平向抗力研究.pdf

1、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

2、用渤海灣分布較為廣泛的細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

3、礎(chǔ)上對原比尺管線水平抗力的發(fā)揮過程進行了模擬。
　　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,當其達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