15655.海底滑坡過程數(shù)值模擬及其對管線的作用

1、碩士學(xué)位論文海底滑坡過程數(shù)值模擬及其對管線的作用NumericalSimulationofSubmarimLandslidesProcessandThe“UmerlcalUlationOfbmarineLandslidesrocessandheirImpactonPipeline學(xué)號：21106207完成日期：2Q!壘生堇旦大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要長時(shí)間降雨或暴雨過

2、后，在山區(qū)很容易見到泥石流和滑坡。滑坡、泥石流不僅在陸地上會發(fā)生，在水面下(海底)也會發(fā)生。與陸地滑坡不同，在極緩的坡度下(O530)，海底滑坡都能發(fā)生。大規(guī)模的海底滑坡滑移距離往往長達(dá)數(shù)百公里，這會嚴(yán)重?fù)p壞海洋平臺、海底管線、電纜等海底設(shè)施，并造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為了避免災(zāi)害和降低經(jīng)濟(jì)損失，研究和預(yù)測海底滑坡的滑動(dòng)過程及海底滑坡對海底管線的作用有重要意義。論文第一部分內(nèi)容為模擬海底滑坡的滑坡過程。運(yùn)用流體力學(xué)基本方程，如邊界層近似理論

3、、連續(xù)方程、動(dòng)量方程、納維斯托克斯方程等，推導(dǎo)了HerschelBulkley及雙線性(Bilinear)流變模型的控制方程及其差分格式。這些方程驗(yàn)證了一維海底滑坡模擬軟件BING程序的準(zhǔn)確性。之后，用ANSYSCFX與BING兩款軟件模擬了海底滑坡的運(yùn)動(dòng)過程，發(fā)現(xiàn)當(dāng)泥漿抗剪強(qiáng)度越大時(shí)兩款軟件模擬的結(jié)果越接近。由于BING計(jì)算速度很快(普通計(jì)算僅需1~2分鐘)，對于抗剪強(qiáng)度大的泥漿，便可用BING模擬，這樣可大大提高工作效率。第二部分內(nèi)

4、容是研究海底滑坡對海底管線的作用。準(zhǔn)確的預(yù)測海底滑坡對海底管線的作用力是海洋工程師關(guān)心的問題。海底滑坡對管線的沖擊力通常采用傳統(tǒng)的流體力學(xué)的阻力系數(shù)來描述。Zakeri(2009)使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(ComputationalFluidDynamicsCFD)方法，數(shù)值模擬了5種沖擊角度下，富含粘土的海底泥石流對管線的沖擊。并且，Zakeri提出了任意沖擊角度下，計(jì)算管線所受的法向阻力和縱向阻力的方法。Randolph和White(20

5、12)用土力學(xué)的方法，對Zakeri(2009)的數(shù)值結(jié)果重新進(jìn)行了分析處理，提出用一條失效曲線來計(jì)算任意沖擊角度管線所受的沖擊力。本文采用CFD數(shù)值分析重新模擬了Zakeri(2009)的計(jì)算工況，并增加了更多工況。根據(jù)模擬的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)沖擊角度對法向阻力系數(shù)影響很大，但對縱向阻力系數(shù)影響甚微。接著得到了改進(jìn)的近似公式，該公式能更準(zhǔn)確的估算任意沖擊角度懸浮管線受到的法向和軸向沖擊力。用土力學(xué)的方法對這些數(shù)值模擬結(jié)果也進(jìn)行了重新分析，得到