深海海底管線自沉過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、深海海底管線自沉過程數(shù)值模擬研究深海海底管線自沉過程數(shù)值模擬研究StudyonNumericalSimulationoftudyonNumericalSimulationofDeepSeaDeepSeaSubmarineubmarinePipelineipelineSinkinginkingProcessrocess學科專業(yè)：船舶與海洋工程研究生：唐丕鑫指導教師：楊樹耕教授天津大學建筑工程學院二零一四年十一月摘要海底管線是連接油井與平臺

2、、平臺與陸上儲運設施的油氣輸送工具，具有安全、穩(wěn)定、經濟、輸送量大等優(yōu)點，是海洋油氣輸運系統(tǒng)的重要組成部分。海底管線的鋪設方式分為裸置與埋置兩種不論采取何種方式，海底管線在鋪設后，由于自重作用將開始自沉過程，管線逐漸嵌入海床土體，最終達到管土平衡的狀態(tài)。由于海底環(huán)境與陸上不同，在自沉過程中，海底管線受多種荷載的聯(lián)合影響，易產生較大的變形而失穩(wěn)，造成巨大的經濟損失和環(huán)境污染，因此海底管線的安全性和穩(wěn)定性在海洋油氣開發(fā)中尤為重要。通過有限元

3、軟件ABAQUS，應用MohrCoulomb本構關系，建立深海海底管土相互作用模型，模擬海底裸置與埋置管線的自沉過程。通過設置初始地應力平衡，管土接觸，重力、浮力施加，土體排水固結等分析步，計算裸置和埋置管線、土體豎直方向的位移，并通過大量計算，探究管線和土體相關參數(shù)的變化對自沉過程的影響。計算結果顯示，對于裸置管線，土體呈現(xiàn)沉降趨勢，且參數(shù)的改變使土體越容易發(fā)生塑性屈服，土體的豎直方向位移量越大；對于埋置管線，土體呈現(xiàn)隆起趨勢，且當管

4、線埋深較淺、管線上方土體重量不大時，參數(shù)的改變使管線的平均密度與周圍土體的密度相差越大、土體越容易發(fā)生塑性屈服，土體的豎直方向位移量越大。同時通過在裸置管線模型中設定生死單元的方式使部分土體失效，模擬海底懸跨管線的自沉過程，并探究懸跨長度對自沉過程的影響。計算結果顯示，當管線懸跨長度較小時，土體豎直方向位移與管線未懸跨時的數(shù)值相接近，略有增長；一旦管線懸跨長度過大，管線兩端支撐土體即被壓潰，管線將產生大變形，十分危險。因此在海底管線安裝