砂质海床上海底管线稳定性的数值分析

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1、大连理工大学硕士学位论文砂质海床上海底管线稳定性的数值分析姓名：宋岩新申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：杨庆20080601大连理工大学硕士学位论文摘要海底管线是一种经济、高效的近海油气输送设施，在海洋石油工程中应用非常广泛。海底管线的液化失稳问题是海底管线设计中需考虑的关键问题之一。波浪在传播过程中，会在海床表面引起周期性的波压力。这种周期性的波压力作用会在海床中引起超静孔隙水压力及附加有效应力，改变了海床中的应力分布。海床上放置的管线亦会对其附近海床中的超静孔隙水压力及附加有效应力产生影响，使海床的中的

2、应力分布更加复杂，最终可能使海床发生变形、剪切破坏及液化等现象，导致海床的失稳破坏。因此，研究波浪．管线．土体的相互耦合作用具有十分重要的理论意义和工程实用价值。本文通过非线性有限元计算软件ABAQUS，对砂质海床上的裸置管线进行有限元分析，研究在环境荷载及管线荷载作用下，海床中的应力发展情况，进而对管线附近的海床土体的液化做出判断，为海底管线的稳定性设计提供理论依据。文中首先将海床视为多孔弹性介质，对波浪．管线．土体进行了耦合分析，得到了在波浪荷载及管线荷载的共同作用下，海床中的超静孔隙水压力及附加有效应力的分布

3、情况。探讨了不同的渗透系数、海水深度、波浪高度、波浪周期、波浪理论、管线参数及土体变形模量等因素对海床中的超静孔隙水压力及z方向有效正应力分布的影响。随后，为更加接近实际情况，本文将海床视为非均质的Gibson土进行研究，分别考虑了单独变化渗透系数、单独变化剪切模量及同时变化渗透系数与剪切模量等情况，得到了作为Gibson土考虑时，海床中的超静孔隙水压力及z方向有效正应力的分布情况。最后，考虑土体的自重荷载，使用Python语言对ABAQUS的计算结果进行二次开发。使用了Zen和Yamazaki的液化判断准则，得到

4、了在波浪荷载及管线荷载共同作用下，海底管线周围砂质海床的瞬时液化结果，并对结果进行分析。关键词：海底管线；波浪荷载；ABAQUS二次开发；超静孔隙水压力；海床液化砂质海床上海底管线稳定性的数值分析NumericalAnalysisofStabilityofSubmarinePipelinesonaSandySeabedAbstractPipelinesareeconomicalandefficientmeansoftransportingpetroleumandnaturalgasandarewidelyusedi

5、noceanpetroleumengineering．111einstabilityofsubmarinepipelinesduetoliquefactionoftheseabedisoneofthemajorproblemstobeconsideredwhenthepipelinesaredesigned．珊1engravitationalwavespropagateovertheocean,theycausefluctuatingpressureupontheseabed，whichwillfurtherind

6、uceexcessporepressureandeffectivestresswithintheseabedsoil，andmakethedistributionofthestressintheseabedchange．Thepipelineslaidontheseabedalsohaveeffectsonexcessporepressureandeffectivestressinthevicinalseabed，andthismakesthestressinthescabedmorecomplex．Wi也thed

7、evelopmentsofexcessporepressureandeffectivestress，partsoftheseabedwillbecomeunstableorevenliquefied．Therefore,itiSoftheoreticimportanceandappliedvalueinengineeringtoresearchthecoupledresponseofwave，pipelinesandsoil．AfiniteelementanalysisismadeOnthepipelineslai

8、donasandyseabedviaABAQUS，whichiSasortofnon-1inearfiniteelementanalysissoftware．Thedevelopmentsofstressintheseabedunderwaveandpipelinesgravityloadingareresearched，andthenthestudyont