海底管線是一種經(jīng)濟(jì)、高效的近海油氣輸送設(shè)施,在海洋石油工程中應(yīng)用非常廣泛。海底管線的液化失穩(wěn)問題是海底管線設(shè)計(jì)中需考慮的關(guān)鍵問題之一。波浪在傳播過程中,會(huì)在海床表面引起周期性的波壓力。這種周期性的波壓力作用會(huì)在海床中引起超靜孔隙水壓力及附加有效應(yīng)力,改變了海床中的應(yīng)力分布。海床上放置的管線亦會(huì)對其附近海床中的超靜孔隙水壓力及附加有效應(yīng)力產(chǎn)生影響,使海床中的應(yīng)力分布更加復(fù)雜,最終可能使海床發(fā)生變形、剪切破壞及液化等現(xiàn)象,導(dǎo)致海床的失穩(wěn)破壞。因此,研究波浪-管線-土體的相互耦合作用具有十分重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。 本文通過非線性有限元計(jì)算軟件ABAQUS,對砂質(zhì)海床上的裸置管線進(jìn)行有限元分析,研究在環(huán)境荷載及管線荷載作用下,海床中的應(yīng)力發(fā)展情況,進(jìn)而對管線附近的海床土體的液化做出判斷,為海底管線的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 文中首先將海床視為多孔彈性介質(zhì),對波浪-管線-土體進(jìn)行了耦合分析,得到了在波浪荷載及管線荷載的共同作用下,海床中的超靜孔隙水壓力及險(xiǎn)加直效應(yīng)力的分布情況。探討了不同的滲透系數(shù)、海水深度、波浪高度、波浪周期、波浪理論、管線參數(shù)及土體變形模量等因素對海床中的超靜孔隙水壓力及z方向有效正應(yīng)力分布的影響。 隨后,為更加接近實(shí)際情況,本文將海床視為非均質(zhì)的Gibson土進(jìn)行研究,分別考慮了單獨(dú)變化滲透系數(shù)、單獨(dú)變化剪切模量及同時(shí)變化滲透系數(shù)與剪切模量等情況,得到了作為Gibson土考慮時(shí),海床中的超靜孔隙水壓力及z方向有效正應(yīng)力的分布情況。 最后,考慮土體的自重荷載,使用Python語言對ABAQUS的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行二次開發(fā)。使用了Zen和Yamazaki的液化判斷準(zhǔn)則,得到了在波浪荷載及管線荷載共同作用下,海底管線周圍砂質(zhì)海床的瞬時(shí)液化結(jié)果,并對結(jié)果進(jìn)行分析。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：P756.2
【部分圖文】：

砂質(zhì)海床上海底管線穩(wěn)定性的數(shù)值分析圖3Fig.3.2波峰作用時(shí)，粗砂海床在波浪作用下的超靜孔隙水壓力響應(yīng)云圖，其中(a)為自由海床，偽)為置管海床 Contourofexcessp眼蘆es~distr幣誦。 ninaseabedofcoarsesandunderwavecrestloading，(a)五七 eseabed，偽 )pipelaidseabed圖3.3波峰作用時(shí)，細(xì)砂海床在波浪作用下的超靜孔隙水壓力響應(yīng)云圖，其中(a)為自由海床，偽)為置管海床 Fig.3.3ContourofexcessPorePressU比edistributioninaseabedof五nesandunder、vav’ ecrestloading，(a)加 eseabed

分別取滲透系數(shù)為10-:m/s的粗砂海床和滲透系數(shù)為10一m/s的細(xì)砂海床進(jìn)行模擬，并與前人工作進(jìn)行了對比。圖3.2及圖3.3分別給出了波峰經(jīng)過時(shí)，粗砂海床及細(xì)砂海床在波浪作用下的超靜孔隙水壓力云圖。由圖可以觀察到整個(gè)海床中波峰作用下所產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力分布情況。由于海床尺寸限制，圖3.2及圖3.3只能觀察到半個(gè)周期的超靜孔隙水壓力分布，但由于波浪的波峰與波谷是交替對稱作用的，因此，當(dāng)時(shí)間作用滿一個(gè)周期時(shí)，即可以觀察到海床中完整的超靜孔隙水壓力分布情況。

Gibson土是指土體的剪切模量及滲透系數(shù)隨深度變化的非均質(zhì)彈性半空間土體模型。本文所假定的剪切模量和滲透系數(shù)的變化函數(shù)與Jeng(1999)[30〕等所取的相同，變化曲線如圖4.1所示，變化函數(shù)如下:K=凡 exp(4.69xz/h)(4.1)G=G00一15z/h)(4·2)式中，z為以海床表面中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的豎向坐標(biāo);h為海床土體深度;K。為海床表面處的滲透系數(shù);民為海床表面處的剪切模量。本章將考慮四種不同情況分別對波浪作用下的自由海床及置管海床響應(yīng)進(jìn)行研究。這四種情況分別是:滲透系數(shù)與剪切模量均不變化仍，ell)，即第三章中所計(jì)算的均質(zhì)多孔彈性模型;滲透系數(shù)隨海床深度變化(t即e21);剪切模量隨海床深度變化(加el2);滲透系數(shù)與剪切模量同時(shí)隨海床深度變化(加e22)。
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 郭喜亮;海底管道與海床土相互作用的有限元分析[D];大連理工大學(xué);2011年

2 余攀登;海底懸跨管道的力學(xué)分析以及其引發(fā)的海床液化研究[D];西南石油大學(xué);2012年

3 于志猛;非金屬海底管道在位穩(wěn)定性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

本文編號：2835319