深海裸置海底管道側(cè)向屈曲管土相互作用研究.pdf

1、隨著我國(guó)工業(yè)發(fā)展對(duì)油氣需求的增長(zhǎng)，油氣開采逐漸向深海發(fā)展。海底管道是海上油氣開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，它的安全作業(yè)是油氣連續(xù)采集運(yùn)輸?shù)闹匾Ｕ稀Ｕw屈曲是海底管道的主要失效形式之一。本文針對(duì)深海裸置海底管道側(cè)向整體屈曲過程中的管土相互作用進(jìn)行了模型試驗(yàn)研究，研究側(cè)向土抗力變化規(guī)律；基于ABAQUS軟件，使用CEL有限元方法分析了單位長(zhǎng)度管道在土體表面大位移運(yùn)動(dòng)過程中受到的側(cè)向土抗力，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比；對(duì)管道整體屈曲的一階模態(tài)進(jìn)行

2、了理論推導(dǎo)，使用三種管土相互作用模型對(duì)側(cè)向整體屈曲的一階模態(tài)進(jìn)行了有限元模擬，研究側(cè)向土抗力對(duì)管道整體屈曲的影響。主要結(jié)論如下：
　?。?）土抗力隨管道位移變化關(guān)系：管道啟動(dòng)時(shí)，側(cè)向土抗力增長(zhǎng)迅速，在一倍直徑附近達(dá)到一個(gè)初始峰值；管道位移超過一倍直徑后，土抗力增長(zhǎng)速度放緩，最終趨于穩(wěn)定。
　　（2）初始沉陷深度越深、管道直徑越大，則側(cè)向土抗力隨管道位移增長(zhǎng)越快，初始峰值和最終幅值越大。側(cè)向土抗力隨土壤隆起高度增加而呈幾何增長(zhǎng)

3、。
　　（3）管道側(cè)向往復(fù)大位移運(yùn)動(dòng)過程中，土體在管道最大屈曲位移處堆積、固結(jié)，當(dāng)管道再次到達(dá)位移幅值處，管土相互作用顯著增強(qiáng)。
　　（4）CEL（耦合的歐拉-拉格朗日描述）有限元技術(shù)適用于大位移管土相互作用計(jì)算分析。通過單位長(zhǎng)度管道模型的 CEL有限元計(jì)算，得到的側(cè)向土抗力變化規(guī)律與試驗(yàn)結(jié)果總體相近。
　?。?）推導(dǎo)了在管道發(fā)生一階整體側(cè)向屈曲的整個(gè)歷程里，軸向最大應(yīng)力的最小值[σm]min的計(jì)算式，及其對(duì)應(yīng)的屈曲位