埋设管道竖向抬升时的土体抗力研究

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1、石油机械CHINAPEFROIEuMMACHINERY2014年第42卷第3期海洋石油装备埋设管道竖向抬升时的土体抗力研究谭双妮段梦兰张玉曾霞光唐彪(中国石油大学(北京)机械与储运工程学院海洋油气研究中心)摘要：利用有限元软件ABAQUS来建模分析海底埋设管道在疏松、中等密度和致密砂土中不同埋深比下，管道竖向抬升时土抗力随位移的变化。分析结果表明，砂土的竖向土抗力随埋深比增加而增大，竖向土抗力达峰值时管道的竖向抬升位移也随之增大，砂土越密实最大竖向土抗力越大；当埋深比为2、3、4时，土体表面有明显的隆起现象；达到最大竖

2、向土抗力时管道的竖向位移随着埋深增加而增大。分析结果与试验结果和理论结果相符，验证了有限元分析计算的可行性、最后指出，研究管道隆起屈曲过程中竖向土抗力的发挥过程和变化规律具有实际的工程意义关键词：海底；埋设管道；隆起屈曲；竖向土抗力；有限元分析中图分类号：TE952文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．】001—4578．2014．03．009ResearchontheSoilResistanceinVerticalUpliftingofBuriedPipelineTanShuangniDuanMengl

3、anZhangYuZengXiaguangTangBiao(CollegeofMechanicalandTransportationEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing)Abstract：ThelargefiniteelementsoftwareABAQUSwasusedtoconductmodelingandanalyzethevariationofburiedpipelinesoilresistancewithdisplacementinverticalupl

4、iftingindifferentburieddepthratiosinlooseme—，dium—densityordensesand．Theanalysisshowsthatthevertiealresistanceofsandincreaseswiththeincreaseofburieddepthratio．Whentheverticalresistancereachesthepeak，theverticalupliftingdisplacementofpipelinewillincrease．Thedense

5、rthesand，thegreaterthemaximumverticalresistance．Whentheburieddepthratiois2．3and4，thenoticeableupheavalwilloccuronthesoilsurface．Whenthemaximumvertiealresistanceoeeurs．theverticaldisplacementofpipelinewillincreasewiththeincreaseofburieddepth．Theanalysisisinagreem

6、entwiththerele—vantexperimentalandtheoreticalfindings，verifyingthefeasibilityoffiniteelementanalysisandcalculation．Keywords：seabed；buriedpipeline；upheavalbuckling；ve~icalsoilresistance；finiteelementanalysis预测和判断管道是否发生隆起屈曲的一个重要因0引言素，因此研究管道在土壤中竖向抬升时所受的土抗力大小和规律具有实际

7、工程意义。埋设管道的上部海底埋设管道隆起屈曲失效已成为海底管道稳覆土一般分为砂土、粘土和碎石。笔者主要研究疏定性分析中的重要课题。海底埋设管道在高温高压松、中等密度和致密砂土中埋设管道竖向抬升时竖下将会发生膨胀，但因为端部和土体抗力约束，管向土抗力的发挥过程、大小及其变化规律。道不能自由膨胀导致其产生轴向应力。当轴向应力达到临界值时，管道将发生隆起屈曲。发生大变形1竖向土抗力研究屈曲的管道不仅不能正常运行，甚至会引起油气泄漏。海底埋设管道周围土壤提供的竖向土体抗力是海洋石油_T程中，为保护管道不受海底波浪冲基金项目：罔

8、家重大基础研究发展计划(973计划)项目“深海工程结构的极端环境作用与全寿命服役安全”之子课题“深海柔性结构的非线性流固耦合振动与破坏机理”(2011CB013702)。2014年第42卷第3期谭双妮等：埋设管道竖向抬升时的土体抗力研究击、海水腐蚀等的影响，管道安装采用挖沟埋设方(≤30。)式。如图1所示，其中D为管道直径，H为土