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(xué)科專業(yè)：船舶與海洋工程研究生：唐丕鑫指導(dǎo)教師：楊樹耕教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一四年十一月摘要海底管線是連接油井與平臺(tái)

2、、平臺(tái)與陸上儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施的油氣輸送工具，具有安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、輸送量大等優(yōu)點(diǎn)，是海洋油氣輸運(yùn)系統(tǒng)的重要組成部分。海底管線的鋪設(shè)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(shè)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(dá)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(chǎn)生較大的變形而失穩(wěn)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)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(yīng)用MohrCoulomb本構(gòu)關(guān)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(shè)置初始地應(yīng)力平衡，管土接觸，重力、浮力施加，土體排水固結(jié)等分析步，計(jì)算裸置和埋置管線、土體豎直方向的位移，并通過大量計(jì)算，探究管線和土體相關(guān)參數(shù)的變化對(duì)自沉過程的影響。計(jì)算結(jié)果顯示，對(duì)于裸置管線，土體呈現(xiàn)沉降趨勢(shì)，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(duì)于埋置管線，土體呈現(xiàn)隆起趨勢(shì)，且當(dāng)管

4、線埋深較淺、管線上方土體重量不大時(shí)，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(shí)通過在裸置管線模型中設(shè)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(duì)自沉過程的影響。計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)管線懸跨長度較小時(shí)，土體豎直方向位移與管線未懸跨時(shí)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(chǎn)生大變形，十分危險(xiǎn)。因此在海底管線安裝