13356.隨機(jī)波浪作用下海底管線和海床相互作用研究

1、碩士學(xué)位論文隨機(jī)波浪作用下海底管線和海床相互作用研究StudyonSeabedPipelineInteractionunderRandomWaveLoading學(xué)21106010完成日期：壟Q!壘生墨旦大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要海底管道是敷設(shè)在海床表面或埋于海底一定深度的工程結(jié)構(gòu)物，常用于輸送石油、天然氣等能源物資。在設(shè)計(jì)海底埋置管線時(shí)，波浪荷載在所有荷載中占主導(dǎo)地位

2、。波浪在海床表面的傳播過程中，會(huì)在海床表面產(chǎn)生周期性的波壓力，當(dāng)波壓力進(jìn)一步傳遞到海床內(nèi)部時(shí)，會(huì)在海床內(nèi)部產(chǎn)生超孔隙水壓力和附加有效應(yīng)力，進(jìn)而改變海床內(nèi)部有效應(yīng)力的分布，又由于管線的存在一定程度上影響其周圍土體的應(yīng)力分布，最終導(dǎo)致土體液化和管線的破壞。管線失穩(wěn)引起油氣泄漏，不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，更會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大污染。因此，為了合理地評(píng)價(jià)海底管線在波浪作用下的安全性和穩(wěn)定性，必須正確考慮波浪荷載在管線周邊海床中所引起的動(dòng)力響應(yīng)及其對(duì)管線自

3、身動(dòng)力響應(yīng)的影響。由于土體特性、管線形狀和波浪形式的復(fù)雜性，該工程問題一直沒有得以徹底解決，在海底管線的設(shè)計(jì)中，大多局限于經(jīng)驗(yàn)性的結(jié)論。因此隨著海上油田的不斷開發(fā)和工程規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，正確評(píng)估海底管線的安全與穩(wěn)定性顯得極其重要。目前大多數(shù)研究只考慮了線性規(guī)則波浪作用下海底埋置管線的動(dòng)力響應(yīng)，忽略了波浪自身的隨機(jī)特性。本文基于廣義Biot固結(jié)理論，結(jié)合隨機(jī)波浪譜分析方法，同時(shí)考慮管土接觸及慣性效應(yīng)，建立了隨機(jī)波浪作用下海底管線與海床相互作

4、用的二維有限元模型。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)在隨機(jī)波浪和代表性波浪作用下，沿海床深度方向超孔隙水壓力和豎向有效應(yīng)力明顯不同，管線外表面土體孔隙水壓力和管線應(yīng)力及其位移也存在顯著差異。結(jié)果表明，波浪隨機(jī)特性對(duì)海底管線動(dòng)力響應(yīng)有顯著影響，忽略波浪的隨機(jī)特性，會(huì)低估海底管線的動(dòng)力響應(yīng)。因此在海底管線設(shè)計(jì)和安全評(píng)估時(shí)應(yīng)合理考慮波浪荷載的隨機(jī)特性。分別針對(duì)管土接觸效應(yīng)和慣性效應(yīng)，討論了隨機(jī)波浪作用下海底管線的動(dòng)力響應(yīng)差異。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，管土間接觸效應(yīng)對(duì)隨

5、機(jī)波浪引起的管線周邊超孔隙水壓力影響很小，但對(duì)管線內(nèi)部正應(yīng)力影響顯著。慣性效應(yīng)對(duì)隨機(jī)波浪引起的管線周邊超孔隙水壓力和管線內(nèi)部正應(yīng)力影響均較小。討論了管線幾何尺寸及埋深對(duì)同時(shí)考慮管土之間的接觸效應(yīng)和慣性效應(yīng)計(jì)算得到的管線內(nèi)正應(yīng)力及管線位移與同時(shí)忽略兩種效應(yīng)計(jì)算得到的結(jié)果差值的影響，計(jì)算結(jié)果表明，管線埋深和半徑對(duì)結(jié)果差值有很大影響。通過變動(dòng)參數(shù)，重點(diǎn)考察了海床土體不同滲透系數(shù)、變形模量和飽和度對(duì)管線豎向位移和管線周邊沿海床深度方向的超孔隙水