發(fā)布時間：2022-02-19 21:44

　　深海管道的豎向管–土相互作用機制是決定安裝期內(nèi)管道自重埋深和服役期內(nèi)疲勞壽命的重要因素。采用新開發(fā)的連續(xù)極限分析（SLA）方法建立了大變形管–土相互作用模型,系統(tǒng)模擬了軟黏土中管道在豎向循環(huán)位移作用下的受力特性。該模型考慮了應(yīng)變率效應(yīng)和應(yīng)變軟化效應(yīng)對土體強度的影響以及管土作用過程中的土體極端大變形行為,成功模擬了管道位移過程中破壞機構(gòu)演變、溝槽形成、土體坍塌回流和上拔破土等行為。通過與已有模型試驗數(shù)據(jù)對比,驗證了SLA方法分析管–土豎向大變形相互作用問題的計算精度和效率,進而探討了不同循環(huán)加載路徑下管土豎向抗力與循環(huán)荷載幅值和土體破壞模式的關(guān)系。該研究以期為建立簡化非線性管土豎向作用模型提供參考,并推廣SLA法在復(fù)雜大變形問題中的應(yīng)用。 

【文章來源】：巖土工程學(xué)報. 2020,42(S2)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

計算模型Fig.1SLAmodel

]0.031.1+4.5z670.0031.710Hu等[18]1.05.19z—30.001——圖2為管道從海床表面貫入至4D過程的荷載–位移關(guān)系曲線。結(jié)果表明：不考慮應(yīng)變軟化和率效應(yīng)的理想土（St=1，=0）在整個加載過程中與模型試驗結(jié)果存在明顯差異，考慮土體的軟化而不考慮率效應(yīng)的算例（St=1.7，=0）可以更合理地預(yù)測了深埋處的阻力，但在深度小于3D時仍存在計算結(jié)果偏小的情況；當(dāng)考慮率效應(yīng)（=0）時土體抗力計算結(jié)果出現(xiàn)明顯的增大，在埋深小于1D時與模型試驗結(jié)果高度吻合。圖2深埋管道受荷響應(yīng)Fig.2Loadingresponseofpipeduringdeeppenetration圖3為管道貫入至一定深度后土體速度場和無量綱化剪切應(yīng)變率分布情況。隨著管道貫入深度逐漸增大，最終剪切破壞帶集中分布在管道周圍，土體破壞機構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫植科茐哪Ｊ�。由于該模型試驗是在常重力下以較小比例進行，土體重量的影響遠(yuǎn)小于現(xiàn)場，因此在模型試驗和數(shù)值模擬中均未發(fā)現(xiàn)管道上方土體的回填現(xiàn)象。圖3土體破壞機構(gòu)（w/D=4）Fig.3Failuremechanismofsoils3循環(huán)加載本節(jié)對復(fù)雜加載路徑下管道與土體的循環(huán)豎向作用進行分析。首先對循環(huán)位移下管土相互作用特性進行模擬，并將模擬結(jié)果與Hu等[18]提供的離心試驗結(jié)果進行了比較，驗證了SLA模型的有效性；之后針對幾個關(guān)鍵參數(shù)開展參數(shù)分析，對復(fù)雜加載路徑下土體抗力和破壞機構(gòu)演變規(guī)律進行探究。3.1驗證采用SLA方法對Hu等[18]離心機試驗的最初幾個加載循環(huán)進行模擬。該試驗中，管道從泥面處貫入至初始埋深3D，之后進行一次振幅為3D的上拔/再貫入循環(huán)。管–土界面張拉力在上拔過程中設(shè)為無窮大，貫入過程中為零，其他具體土體參數(shù)見表

??小的情況；當(dāng)考慮率效應(yīng)（=0）時土體抗力計算結(jié)果出現(xiàn)明顯的增大，在埋深小于1D時與模型試驗結(jié)果高度吻合。圖2深埋管道受荷響應(yīng)Fig.2Loadingresponseofpipeduringdeeppenetration圖3為管道貫入至一定深度后土體速度場和無量綱化剪切應(yīng)變率分布情況。隨著管道貫入深度逐漸增大，最終剪切破壞帶集中分布在管道周圍，土體破壞機構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫植科茐哪Ｊ�。由于該模型試驗是在常重力下以較小比例進行，土體重量的影響遠(yuǎn)小于現(xiàn)場，因此在模型試驗和數(shù)值模擬中均未發(fā)現(xiàn)管道上方土體的回填現(xiàn)象。圖3土體破壞機構(gòu)（w/D=4）Fig.3Failuremechanismofsoils3循環(huán)加載本節(jié)對復(fù)雜加載路徑下管道與土體的循環(huán)豎向作用進行分析。首先對循環(huán)位移下管土相互作用特性進行模擬，并將模擬結(jié)果與Hu等[18]提供的離心試驗結(jié)果進行了比較，驗證了SLA模型的有效性；之后針對幾個關(guān)鍵參數(shù)開展參數(shù)分析，對復(fù)雜加載路徑下土體抗力和破壞機構(gòu)演變規(guī)律進行探究。3.1驗證采用SLA方法對Hu等[18]離心機試驗的最初幾個加載循環(huán)進行模擬。該試驗中，管道從泥面處貫入至初始埋深3D，之后進行一次振幅為3D的上拔/再貫入循環(huán)。管–土界面張拉力在上拔過程中設(shè)為無窮大，貫入過程中為零，其他具體土體參數(shù)見表1所示。注意，由于Hu等[18]給出的初始土體強度在泥面處大小為0，為保證模擬過程數(shù)值穩(wěn)定性，將土體初始強度設(shè)置為su0=1+4.8z，這一處理使SLA模型中3D深度處的初始土體強度與離心試驗保持一致。離心機試驗中未提供的參數(shù)St和95分別取3.3和10，土體有效重度取6kN/m3，與實際深海海床土體重度一致。圖4（a）將數(shù)值?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]桶形基礎(chǔ)液壓下沉過程的耦合歐拉-拉格朗日有限元法分析[J]. 閆澍旺,林澍,霍知亮,楚劍,郭偉.  巖土力學(xué). 2017(01)
[2]渤海灣軟黏土對埋設(shè)海底管線約束力的研究[J]. 劉潤,郭紹曾,王洪播,張軍.  巖土工程學(xué)報. 2013(05)

碩士論文
[1]海底管線自沉與土體水平向抗力研究[D]. 郭紹曾.天津大學(xué) 2012



本文編號：3633675