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海底管线竖直向屈曲剧变过程中土体抗力的研究

张军  
【摘要】:随着海上油气田开发规模的不断扩大,海底管线的应用越来越广泛,随之而来的海底管线在温度应力下的屈曲剧变问题也逐渐突显。管线的屈曲剧变是指管线在内外温差和压差作用下,内部产生较大的附加应力,由于地基土的约束作用,管线无法自由变形释放应力,应力不断累积,当其值超过地基土对管线的约束力时,管线将发生竖直向或水平向的突然弯曲大变形,最终丧失使用功能,因此地基土对管线的约束力是管线屈曲剧变研究中的重要内容。本文结合这一课题开展了以下研究工作。 1.系统地进行相关文献调研和整理工作,全面总结了国内外在这一方面的研究成果; 2.进行了室内模型实验研究,分别选取了砂土和粘土作为实验用土并采用30mm、50mm和80mm管径的不锈钢管模拟管线,设计管线的埋置率(H/D)分别为1-9,共进行了161组实验,系统整理和分析了实验结果; 3.以实验数据为依据,推导了当海底埋设管线发生竖直向上运动,土体最大抗力的计算公式并建立起描述土体抗力发挥过程的非线性弹簧模型; 4.对管土相互作用进行了有限元数值模拟,采用PLAXIS有限元软件对模型实验过程进行数值模拟,分析管线在竖直向上运动时土体的破坏模式和土抗力峰值与管径和埋深的关系,并将计算结果与实验结果进行了比较。通过模型试验、理论分析和数值模拟,揭示了当管线发生竖直向上运动和轴向运动时土抗力的发挥过程及规律性,为管线的屈曲剧变研究提供了数据支持,为进一步提出预防管线发生屈曲变形破坏的工程措施提供了理论依据。


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