13356.隨機波浪作用下海底管線和海床相互作用研究

1、碩士學(xué)位論文隨機波浪作用下海底管線和海床相互作用研究StudyonSeabedPipelineInteractionunderRandomWaveLoading學(xué)21106010完成日期：壟Q!壘生墨旦大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要海底管道是敷設(shè)在海床表面或埋于海底一定深度的工程結(jié)構(gòu)物，常用于輸送石油、天然氣等能源物資。在設(shè)計海底埋置管線時，波浪荷載在所有荷載中占主導(dǎo)地位

2、。波浪在海床表面的傳播過程中，會在海床表面產(chǎn)生周期性的波壓力，當(dāng)波壓力進一步傳遞到海床內(nèi)部時，會在海床內(nèi)部產(chǎn)生超孔隙水壓力和附加有效應(yīng)力，進而改變海床內(nèi)部有效應(yīng)力的分布，又由于管線的存在一定程度上影響其周圍土體的應(yīng)力分布，最終導(dǎo)致土體液化和管線的破壞。管線失穩(wěn)引起油氣泄漏，不僅會造成經(jīng)濟損失，更會對環(huán)境造成巨大污染。因此，為了合理地評價海底管線在波浪作用下的安全性和穩(wěn)定性，必須正確考慮波浪荷載在管線周邊海床中所引起的動力響應(yīng)及其對管線自

3、身動力響應(yīng)的影響。由于土體特性、管線形狀和波浪形式的復(fù)雜性，該工程問題一直沒有得以徹底解決，在海底管線的設(shè)計中，大多局限于經(jīng)驗性的結(jié)論。因此隨著海上油田的不斷開發(fā)和工程規(guī)模的逐漸擴大，正確評估海底管線的安全與穩(wěn)定性顯得極其重要。目前大多數(shù)研究只考慮了線性規(guī)則波浪作用下海底埋置管線的動力響應(yīng)，忽略了波浪自身的隨機特性。本文基于廣義Biot固結(jié)理論，結(jié)合隨機波浪譜分析方法，同時考慮管土接觸及慣性效應(yīng)，建立了隨機波浪作用下海底管線與海床相互作

4、用的二維有限元模型。通過計算發(fā)現(xiàn)在隨機波浪和代表性波浪作用下，沿海床深度方向超孔隙水壓力和豎向有效應(yīng)力明顯不同，管線外表面土體孔隙水壓力和管線應(yīng)力及其位移也存在顯著差異。結(jié)果表明，波浪隨機特性對海底管線動力響應(yīng)有顯著影響，忽略波浪的隨機特性，會低估海底管線的動力響應(yīng)。因此在海底管線設(shè)計和安全評估時應(yīng)合理考慮波浪荷載的隨機特性。分別針對管土接觸效應(yīng)和慣性效應(yīng)，討論了隨機波浪作用下海底管線的動力響應(yīng)差異。數(shù)值計算結(jié)果表明，管土間接觸效應(yīng)對隨

5、機波浪引起的管線周邊超孔隙水壓力影響很小，但對管線內(nèi)部正應(yīng)力影響顯著。慣性效應(yīng)對隨機波浪引起的管線周邊超孔隙水壓力和管線內(nèi)部正應(yīng)力影響均較小。討論了管線幾何尺寸及埋深對同時考慮管土之間的接觸效應(yīng)和慣性效應(yīng)計算得到的管線內(nèi)正應(yīng)力及管線位移與同時忽略兩種效應(yīng)計算得到的結(jié)果差值的影響，計算結(jié)果表明，管線埋深和半徑對結(jié)果差值有很大影響。通過變動參數(shù)，重點考察了海床土體不同滲透系數(shù)、變形模量和飽和度對管線豎向位移和管線周邊沿海床深度方向的超孔隙水