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《岩土力学》2015,(9):2433-2441
高温、高压作用下不埋或浅埋的海底管线较易发生水平向整体屈曲,土体对管线的阻力决定了管线的变形形态及变形后的应力状态,因此,确定管线受到的土体阻力对准确地分析管线的整体屈曲有重要意义。开展了基于渤海砂性土体的系列室内模型试验,测定了不同埋深条件下管线受到的土体阻力,建立了随埋深条件而变化的土体动态阻力模型,揭示了埋深对土体阻力峰值和最终稳定值的影响。由于ABAQUS内置的罚函数接触模型无法实现管-土界面的动态摩擦特性,开发了子程序VFRIC,在管线温-压联合作用下的整体屈曲分析中成功引入了建立的土体动态阻力模型,实现了土体阻力大小与管线位移相关的动态接触特性模拟,从而较为真实地反映了管线整体屈曲过程中受到的土体阻力变化过程。研究表明,不同土体阻力模型对管线整体屈曲分析结果影响显著,在动态阻力模型中由于土体阻力存在峰值和衰减过程,因此计算得到的管线整体屈曲临界轴力明显提高,管线屈曲变形更为集中,最大弯矩和应变也相应增大。 相似文献
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由于生产工艺的要求,开采的原油经常需要在一定的温度和压力下才能顺利输送,而输油过程中的高温和高压会导致海底管线中产生较大的附加应力。管线受到地基土的约束作用后无法自由变形,附加应力的不断累积,造成管线发生整体屈曲变形,埋地的海底管线通常会产生竖直向的整体屈曲变形而影响使用甚至破坏。基于点支撑初始缺陷形式的海底管线,给出了管线竖直向整体屈曲分析的解析解,结合实际工程中铺设的高温高压输油管线进行了整体屈曲分析,揭示了不同温度条件下埋地管线发生竖直向整体屈曲的规律性,提出挖沟掩埋可以有效地防止管线发生温度应力下的整体屈曲 相似文献
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借助离散单元法（DEM）建立海底管道上浮模型,模拟分析了不同胶结强度下胶结试样的力学特性;通过微观力学响应（局部变形、胶结点破坏分布和位移场）对海底管道上浮破坏机制进行分析;对比分析了海床砂土胶结强度对管道上浮土体破坏的影响（上浮抗力和地表隆起量）。结果表明：伴随土体变形和胶结破坏,上覆土体的渐进破坏主要集中在上覆土体区域内;土表隆起量随着管道上浮位移的增长而增长;胶结强度较高时,管道周围土体无回填行为,上覆土体有拉裂带形成,仅管道附近土体产生胶结破坏,峰值上浮抗力随海床砂土胶结强度的增加有显著提高 相似文献
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当结构在土体中运动时,往往导致土体发生较大的变形,此类问题采用大变形数值分析方法更为恰当。耦合欧拉-拉格朗日（Coupled Eulerian-Lagrangian, 简称CEL）法是大变形数值分析方法中的一种,在分析大变形问题时具有很强的适用性,但在国内尚未开展CEL法分析锚板承载力的研究。以方形锚板在均质土及线性土中的拔出试验为原型,基于CEL法建立数值模型,对锚板的极限承载力及破坏机制进行研究,并通过用户自定义子程序,实现了线性土的强度分布随锚板拔出而变化。计算结果表明,土体杨氏模量越大,锚板的极限承载力越大;随着位移增大,锚板的抗拔力先增大,后降低;当埋深小于临界埋深时,土体发生整体破坏;当埋深大于等于临界埋深时,土体发生局部破坏。数值计算反映的规律与试验结果基本吻合,体现了CEL法模拟锚板在海床中大位移响应的出色能力。 相似文献
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常规室内模型试验中,土体侧向位移作用下桩身变形特性能够获得,而桩周土体内部的位移很难量测。因此,结合透明土材料、粒子图像测速(PIV)技术和光学测量系统,设计了侧向位移作用下被动桩桩周土体变形测量试验系统。通过非插入式测量,得到桩不同埋置深度下桩周土体的位移场。试验结果表明:相同侧向位移模式下,桩埋置深度越大,桩对桩前土体的遮拦效应越明显,中间与两侧土体的相对位移越大。基于模型试验的结果建立了数值模型,参数敏感分析表明土体侧向位移形状对桩前土体位移遮拦效应的影响程度依次为矩形、抛物线形和三角形,且遮拦效果随着桩径的增加而更加明显。 相似文献
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自钻式原位剪切旁压试验(self-boring in-situ shear pressure-meter)以其独特的多级加载方式, 能够直接测出土体的强度和变形参数, 然而, 目前对探头周围土体变形机理研究较少.为揭示自钻式原位剪切旁压仪试验过程中测定器周围土颗粒变形机理, 应用PFC3D(particle flow code in three dimensions)颗粒流程序对自钻式原位剪切旁压试验进行了仿真数值模拟, 对多级加载过程中探头周围土体的位移场和应力场发展变化以及数值试样各阶段变形模量和土颗粒运动轨迹进行了分析研究.试验结果表明: 随着剪应力的逐级施加, 中间区域颗粒的位移量不断增大, 且位移矢量方向性更加显著.径向应力在探头附近两侧形成近似呈对称分布的数个"应力核"; 竖向应力在探头两侧形成扁平状应力带, 且在肩部形成应力集中区.中部区域球颗粒的运动轨迹成台阶状, 且随距探头距离的增大由近到远可分为3个特征区域; 球颗粒的Z向和XY向位移量亦随之呈负指数形式衰减, Z向位移量衰减速率更快. 相似文献
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任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法吸取了拉格朗日和欧拉法的优点,避免了常规有限元中拉格朗日方法的网格畸变问题,适用于开口管桩高频振动贯入过程的计算分析。采用ALE有限元方法,建立开口管桩高频振动贯入过程的数值模型,对沉桩过程中挤土效应、桩侧阻力和土塞效应的变化规律进行了详细研究。研究结果表明:挤土应力主要沿径向传播,且深层土体受到的挤土应力比浅层土体大;水平挤土位移随管桩贯入深度的增加而增大,而最大水平挤土位移与管桩贯入深度存在累积效应;挤土效应的影响范围约为10倍管径,因此在施工过程中要给以足够重视;桩外侧摩阻力随贯入深度增加呈近似线性增长,桩内侧摩阻力随贯入深度增加而呈非线性增长,增长速率随贯入深度增加而逐渐增大;管内土塞处于不完全闭塞状态,土塞程度由完全非闭塞向部分闭塞过渡。此外,研究了土体模量、桩土界面摩擦系数、振动频率和桩径对土体位移的影响。 相似文献
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为揭示土体在冲击荷载作用下的动态响应特征,运用自主研发的附加激发力式平板动力载荷试验系统（flat dynamic load test,简称FDLT试验）对广州大学城区内两种典型土体（砂土和黏土）进行了不同荷载大小和加载速率的FDLT试验,获取了土体在冲击荷载下的荷载-时程曲线、位移-时程曲线、荷载-位移曲线的3种关系曲线。建立了动态变形模量与加载速率的经验公式,对比分析了两种土体在冲击荷载作用下的加载速率效应。研究表明：（1）砂土的FDLT试验存在一个充电量临界值,在该充电量冲击试验过程中,加载速率对砂土的动态强度及变形有较大的影响,而对黏土在本次试验条件下未有明显影响。（2）加载速率对黏土与砂土的位移响应的相同之处在于,最大荷载和最大位移均随加载速率的增大而提高;不同之处在于,黏土达到位移峰值时间会随加载速率增大而延长,而砂土达到位移峰值时间随加载速率增大呈现先增加后减小的规律。（3）土体的动态变形模量与加载速率曲线呈对数变化关系。本研究成果可为土体动力特性研究、土的动静参数换算和工程设计提供依据。 相似文献
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作为一种常见的海洋地质灾害,海底滑坡会对油气管道的安全造成巨大威胁。由于海洋底流的冲刷作用,海底管道往往会悬跨于海床之上,稳定性较差。当悬跨管道遭受到海底滑坡的冲击作用后,其动态响应预测及安全性评估尤为重要。本文建立了海底滑坡-管道相互作用的有限元模型,将油气管道分为悬跨段和埋地段,考虑了悬跨长度和高度变化条件下,油气管道遭受海底滑坡冲击作用时的动态响应。数值计算结果表明,管道悬跨长度和高度对其塑性变形影响显著,海底滑坡引起的管道应变会随着悬跨长度和高度的增加而增大。最后,提出了综合考虑悬跨长度和高度影响下海底管道安全性评估方法,该成果可直接用于海底滑坡作用下油气管道安全性的动态评估。 相似文献
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波浪导致的海床液化是埋置管线失稳的一个重要因素。超静孔隙水压力累积引起的液化深度较深,对海底管线稳定性的影响较大,因此波浪作用下管线-海床系统的累积响应特征一直受到研究者的重点关注。本文基于考虑孔压累积与海床应力耦合发展的数值计算模型,对非线性行进波作用下含埋置管线的海床累积响应特征进行了模拟计算,并与非耦合模型的计算结果进行了对比分析,结果表明,当考虑孔压累积与海床应力的耦合效应时,管线附近累积孔压在水平方向上的不均匀分布会导致海床循环剪应力的增大,从而会极大地促进管线周围海床累积孔压的发展,增大管线的影响范围; 忽略孔压累积与海床应力的耦合效应,会在一定程度上低估管线周围海床的液化深度,不利于管线的安全。 相似文献
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理解海底管道竖向贯入过程是科学评估管道安装期间初始埋深及服役期间安全性和稳定性分析的关键。通过土工离心机模型试验,结合离散元数值分析研究了真实应力水平下不同密实度砂土中海底管道竖向贯入阻力演化特征及细观机制。研究结果显示,对于中密砂,管道贯入阻力曲线主要表现为硬化特征;对于密砂,贯入阻力曲线整体上呈现周期性软化特征,且埋深越大,软化程度越大。离散元计算分析表明,造成该现象的原因是不同密实度砂土中管道贯入的土体流动及破坏机制不同,且贯入阻力的演化与剪切带的形成与发展密切相关。利用现行海底管道设计规范评估密砂中管道埋深时应充分考虑其贯入阻力随深度的演化特征,当管道埋深初步评估大于0.1D(D为管径)时,应结合计算结果上下限值合理预测管道埋深。 相似文献
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针对瓯江口区域潮汐强烈及浅水作用明显的特点,海底管道的敷设及安全运营危险性大、且无法用常规方法进行检测的问题,采用了侧扫声纳系统的海底声学技术对海底管道穿越段地貌特征进行了有效探测。本次探测工作对发现的平坦海底、大型沙波、潮沟、小型洼坑、蚀余凸起等自然微地貌和抛锚等形成的锚沟及其后期自然发育而成的次生微地貌进行了特征分析,分析结果对不同类型海底地貌提出解决对策以及有效地减轻不良地貌形态对海底管道稳定性影响具有重要意义[1]。 相似文献
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A new seafloor lander module, the Gas Monitoring Module (GMM), has been developed for continuous and long-term measurements of methane concentration in seawater at the benthic boundary layer, as a result of marine environmental geology and technology synergy. The module is designed to host a series of sensors controlled and managed by a data acquisition and control system able to perform first-level data quality checks. The prototype includes semiconductor methane sensors, an H2S sensor and a CTD for temperature, salinity, pressure recording, as well as interfaces for additional sensors. The GMM can be linked to submarine cables for real-time data transmission to onshore operators and is suitable for long-term monitoring of natural gas emissions from seafloor or leakages from pipelines and boreholes. 相似文献
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铺设于深海浅层地基上的海底管道在运行期间受高温高压等的作用易产生轴向膨胀和收缩，间歇性的往复剪切管道周围浅层地基土，对这种管道轴向运动过程中管?土相互作用机制需深入研究。基于修正剑桥模型建立了浅埋式管道在运行期间的轴向运动过程的小变形有限元分析（SSFE），采用有效应力指标，得到了不同初始埋深的管道在轴向运动过程中地基土在临界塑性剪切固结阶段的轴向阻力随时间发展规律（S形管?土轴向阻力发展曲线），探究了不同剪切速度下剪切带内地基土的超孔隙水压力、管?土界面摩擦系数、反映管?土接触面形状的楔形变形因子ζ以及管?土之间轴向阻力等的发展变化规律，研究发现轴向剪切产生的超孔压是速度和时间的函数，随着轴向运动速度减小，峰值超孔压的值减小且出现峰值超孔压的时间推迟。管道轴向运动过程中地基土由不排水条件向排水条件过渡的内在机制做出了较完整的阐述。 相似文献
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我国海洋能源开发已步入深远海域,面临的深海地质灾害问题也日益凸显,尤以海底滑坡最为典型,一旦发生将会形成链式灾害,严重危害水下基础设施的安全。本文聚焦“滑坡形成→运动演化→冲击设施”这一链式灾害过程,首先梳理了不同触发因素作用下海底滑坡的形成机制,进而论述了海底滑坡的运动过程及不同演化阶段的判识标准,分析了滑坡运动演化过程中环境水与土体的耦合作用机理,提出了适用于中小尺度运动演化过程的流固耦合分析方法,并探讨了当前海底滑坡运动演化过程试验模拟技术和原位监测手段的适用范畴与技术瓶颈;进一步地,针对滑坡冲击海底管缆等水下基础设施问题,评析了海底滑坡冲击效应的量化评估方法和研究手段。最后,指出当前海底滑坡链式灾害研究存在的不足和未来的发展方向,以期为海底滑坡地质灾害链的模拟、预测和预警等提供重要参考。 相似文献
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海底地貌是海水覆盖下的固体地球表面形态的总称。海底地貌巨变往往与海底地质灾害息息相关,会对海底管线和海上平台等海洋工程设施造成危害,因而对海底地貌进行原位观测具有重要意义。本研究基于前人研究成果和团队常年自主研发仪器经验,研制出了剖面声呐海底微地貌原位观测系统,详细介绍了观测系统的组成、功能、工作原理和工作模式,并提出了观测数据的处理分析方法;然后,使用观测系统进行了标志物检验实验,通过将观测系统测量数据与其他设备测量数据相对比,验证了观测系统的可行性和数据准确性;最后,使用观测系统在舟山海域朱家尖滑坡区进行原位观测,进一步验证了观测系统的可行性。观测结果进一步表明剖面声呐观测系统可以用于海底微地貌的观测研究。 相似文献
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Xiu Zongxiang Xu Qiang Shan Zhigang Sun Yongfu Xie QiuHong Song Yupeng 《Natural Hazards》2021,108(2):2225-2248
Submarine landslides are a great hazard to offshore pipelines. The comparison and optimisation of pipeline routing schemes to reduce the potential submarine landslide risk is a key issue in offshore oil and gas development engineering. This paper presents an improved group decision-making evaluation method for offshore pipeline routing optimisation in areas prone to submarine landslides. An information integrity variable is proposed to adjust the relative weight of each factor considering the incompleteness of the engineering geological survey information and data. The credibility level of each expert involved in the evaluation, which is calculated based on the similarity and difference of the experts’ judgment matrices, is introduced to correct the information integrity variable, relative weights, and memberships. The group decision-making for offshore pipeline routing selection is then obtained based on the principle of the majority rule. Finally, a case of pipeline routing optimisation in the submarine canyon area of the Baiyun depression, northern South China Sea, is assessed by using the proposed method. The result shows that the proposed group decision-making method can enhance the objectivity of the assessment for the offshore pipeline routing optimisation under a subjective environment.
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