我國深水油氣開采的作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)和國際發(fā)達(dá)國家相比有一定差距,在富含油氣資源的南海深水區(qū)至今尚無獨立開采能力。海底管道作為深海油氣資源運輸?shù)淖罴逊绞?其深海鋪設(shè)安全、服役穩(wěn)定性和海洋災(zāi)害下的安全性控制是其關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。深海油氣管道的鋪設(shè),服役穩(wěn)定性,和海洋災(zāi)害下的安全性是涉及到管道施工,服役,和極端荷載下安全的三個重要部分,本文的研究和討論正是圍繞這三個環(huán)節(jié)而展開的。論文從數(shù)值、解析和實驗的角度,對深海管道鋪設(shè)提出了完整的分析方法,從數(shù)值和實驗角度對剛懸鏈立管服役狀態(tài)進(jìn)行了深入研究,并提出了立管動力分析的新方法,對滑坡災(zāi)害作用下的穩(wěn)定性提出了完善的解析分析模型,據(jù)此系統(tǒng)地建立了一套深海管道鋪設(shè)性能,工作穩(wěn)定性和災(zāi)害安全性的分析體系。首先,本文針對最常用的兩種深海鋪管方法s型和J型鋪管法,分別建立了一套可以考慮水流和海床剛度的影響的數(shù)值計算模型。然后,針對J型鋪管法,建立了塑性海床上的靜力計算模型,從理論角度揭示管道的受力特性。接著,為深入研究鋪管過程中和管道長期服役狀態(tài)下的管土相互作用機理,尤其是循環(huán)荷載作用下土體的強度變化,進(jìn)行了一系列大比尺室內(nèi)實驗和離心機實驗,揭示了管土相互作用規(guī)律... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：228 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
主要符號及說明
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 管道與土體相互作用
        1.2.2 管道的應(yīng)變特性
        1.2.3 管道的鋪設(shè)形態(tài)
        1.2.4 滑坡和泥石流作對管道的影響
    1.3 本文的主要內(nèi)容
    1.4 創(chuàng)新點
第2章 海底管道鋪設(shè)過程中基本荷載分析
    2.1 管道的基本形態(tài)
        2.1.1 S型鋪管中的管道形態(tài)
        2.1.2 J型鋪管中的管道形態(tài)
        2.1.3 鋪設(shè)后的管道
    2.2 管道受到的外荷載
        2.2.1 重力和浮力
        2.2.2 水動力荷載
        2.2.3 鋪設(shè)過程中的土體抗力
        2.2.4 海底滑坡和泥石流作用力
第3章 S型管道鋪設(shè)的數(shù)值計算模型
    3.1 引言
    3.2 荷載和控制方程
        3.2.1 管段Ⅰ：曲率由托管架控制
        3.2.2 管段Ⅱ：曲率受彎矩影響
        3.2.3 管段Ⅲ：懸鏈線
        3.2.4 管段Ⅳ：與海床接觸的管道
    3.3 數(shù)值計算
        3.3.1 迭代過程
        3.3.2 比較和討論
    3.4 參數(shù)分析
        3.4.1 基本參數(shù)
        3.4.2 升離點LOP位置的影響
        3.4.3 水流的影響
        3.4.4 海床剛度的影響
    3.5 小結(jié)
第4章 J型管道鋪設(shè)的數(shù)值計算分析
    4.1 引言
    4.2 控制方程
        4.2.1 水中段管道
        4.2.2 海床鋪設(shè)段
    4.3 數(shù)值求解
        4.3.1 迭代過程
        4.3.2 計算過程
        4.3.3 算例及比較
    4.4 參數(shù)分析
        4.4.1 水深的影響
        4.4.2 海流的影響
        4.4.3 頂角的影響
        4.4.4 海床剛度的影響
    4.5 小結(jié)
第5章 塑性海床上J型鋪管的解析解研究
    5.1 引言
    5.2 控制方程
        5.2.1 懸鏈段
        5.2.2 邊界層段
        5.2.3 觸地段
        5.2.4 回彈段
    5.3 剛塑性海床算法
        5.3.1 連續(xù)條件
        5.3.2 方程簡化
        5.3.3 方程求解
    5.4 彈塑性海床算法
        5.4.1 連續(xù)條件
        5.4.2 方程簡化及求解
    5.5 模型應(yīng)用
        5.5.1 基本參數(shù)計算
        5.5.2 海床剛度對管道整體的影響
        5.5.3 海床剛度對觸地段的影響
        5.5.4 回彈剛度的影響
    5.6 小結(jié)
第6章 管土動力循環(huán)相互作用離心機實驗研究
    6.1 引言
    6.2 離心機模型實驗介紹
    6.3 TDZ初步動力計算分析
    6.4 實驗方案設(shè)計
    6.5 實驗裝置介紹
    6.6 土體制備
    6.7 實驗結(jié)果分析
        6.7.1 浮力修正
        6.7.2 A組位移控制實驗
        6.7.3 B組位移控制運動實驗
        6.7.4 C組位移與荷載組合控制實驗
        6.7.5 土體含水量變化
    6.8 小結(jié)
        6.8.1 鋪管過程
        6.8.2 在位狀態(tài)
第7章 管道觸地段大比尺動力模型實驗
    7.1 前言
    7.2 實驗裝置介紹
        7.2.1 模型槽
        7.2.2 制動裝置
        7.2.3 模型管道
        7.2.4 實驗土樣
    7.3 實驗步驟
    7.4 靜力鋪設(shè)過程
        7.4.1 管道埋深變化
        7.4.2 孔壓分布變化
        7.4.3 管土相互作用模型驗證
    7.5 動力鋪管實驗
        7.5.1 管道埋深變化
        7.5.2 孔壓分布變化
    7.6 鋼懸鏈線立管動力實驗
        7.6.1 管道埋深變化
        7.6.2 孔壓分布變化
    7.7 土體強度變化
    7.8 小結(jié)
第8章 管土動力循環(huán)作用向量式有限元分析
    8.1 計算方法介紹
        8.1.1 結(jié)構(gòu)離散
        8.1.2 途徑離散和運動
        8.1.3 桿件單元變形和內(nèi)力計算
        8.1.4 外力計算
        8.1.5 顯式時間積分計算位移
    8.2 外荷載計算
    8.3 動力鋪設(shè)過程分析
        8.3.1 管道初始形態(tài)計算
        8.3.2 位移響應(yīng)
        8.3.3 內(nèi)力響應(yīng)
    8.4 鋼懸鏈立管動力管土相互作用分析
        8.4.1 位移響應(yīng)
        8.4.2 內(nèi)力響應(yīng)
    8.5 總結(jié)
第9章 海底滑坡下的管道穩(wěn)定性分析——輕管
    9.1 引言
    9.2 受力分析
    9.3 控制方程
        9.3.1 管段一
        9.3.2 管段二
        9.3.3 管段三
        9.3.4 管段四
    9.4 求解過程
    9.5 模型驗證
    9.6 參數(shù)分析
        9.6.1 滑坡作用力的影響
        9.6.2 滑坡寬度的影響
        9.6.3 側(cè)向土體抗力的影響
        9.6.4 軸向土體抗力的影響
        9.6.5 初始應(yīng)力的影響
    9.7 小結(jié)
第10章 海底滑坡下的管道穩(wěn)定性分析——重管
    10.1 引言
    10.2 受力分析
    10.3 控制方程
        10.3.1 管段一
        10.3.2 管段二
        10.3.3 管段三
        10.3.4 管段四
    10.4 求解過程
    10.5 模型驗證
    10.6 參數(shù)分析
        10.6.1 滑坡作用力的影響
        10.6.2 滑坡寬度的影響
        10.6.3 側(cè)向土體抗力的影響
        10.6.4 軸向土體抗力的影響
        10.6.5 初始應(yīng)力的影響
    10.7 小結(jié)
第11章 結(jié)論與建議
    11.1 本文主要結(jié)論
    11.2 下一步研究工作的建議
參考文獻(xiàn)
附錄 作者簡歷及在學(xué)期間所取得的科研成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]深水資源：中國能源可持續(xù)發(fā)展的重要領(lǐng)域——訪中國海洋石油總公司副總工程師曾恒一院士[J]. 馬珉,呂學(xué)謙.  高科技與產(chǎn)業(yè)化. 2008(12)
[2]An Overview of Deepwater Pipeline Laying Technology[J]. 李志剛,王琮,何寧,趙冬巖.  China Ocean Engineering. 2008(03)
[3]多作業(yè)狀態(tài)下近海油氣管線的力學(xué)分析及軟件[J]. 曾曉輝,邢靜忠,柳春圖,吳應(yīng)湘.  中國造船. 2002(04)
[4]海底管道鋪設(shè)的力學(xué)分析[J]. 曾曉輝,柳春圖,邢靜忠.  力學(xué)與實踐. 2002(02)
[5]海洋管道鋪設(shè)時的二維靜力分析[J]. 宋甲宗,戴英杰.  大連理工大學(xué)學(xué)報. 1999(01)
[6]鋪設(shè)過程中海底管道的非線性分析[J]. 甄國強,胡宗武.  海洋工程. 1993(03)
[7]ANALYSIS OF PIPELINE BEHAVIOURS DURING LAYING OPERATION[J]. Gu Yongning Associate Professor, Shanghai Jiaotong University, Shanghai.  China Ocean Engineering. 1989(04)
[8]海底管道鋪設(shè)過程的靜動力分析[J]. 王海期,馬崙.  海洋工程. 1986(03)

碩士論文
[1]深海油氣管道鋪設(shè)的非線性屈曲理論分析與數(shù)值模擬[D]. 袁林.浙江大學(xué) 2009
[2]深水S型托管架設(shè)計中的力學(xué)問題研究[D]. 呂偉.大連理工大學(xué) 2009
[3]深水海底管道鋪設(shè)受力性能分析[D]. 梁振庭.浙江大學(xué) 2008
[4]深水海底管道S型鋪管形態(tài)及施工工藝研究[D]. 周俊.浙江大學(xué) 2008



本文編號：2968492