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1.
《岩土力学》2021,(1)
近年来,随着海洋能源开发步伐的加快,海底管线铺设的数量不断增加,在服役期内这些管线是否稳定直接影响着海洋油气开采、作业人员生命财产及海洋生态环境的安全。针对海底管线易遭受滑坡破坏的现状,提出一种具有双椭流线型截面的海底管线,基于计算流体动力学(CFD)方法,分析了新型管线在滑坡冲击作用下的减灾效果与降阻机理。研究表明,对于平铺和悬浮式铺设形式,双椭流线型管线可以延缓边界层的分离,降低卡门涡街对管线的振动影响,有效地降低了滑移体冲击管线产生的拖曳力和升力,最大可使拖曳力系数降低71.01%,升力系数降低32.14%;并提出双椭流线型管线拖曳力系数和升力系数的计算公式,为海底管线的减灾工程提供了新的思路。 相似文献
3.
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
4.
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
5.
为研究强降雨条件下地表径流和裂隙水流的拖曳力作用对斜坡稳定性的影响,建立斜坡地表径流和地下水渗流耦合分析模型。采用Navier-Stokes方程描述地表径流和裂隙水流,Brinkman-extended Darcy方程描述土体和岩石中的渗流,并根据不同介质交界面处流速相等及剪应力连续的边界条件,推求各介质中的流速分布。应用Newton内摩擦定律求得水流对斜坡产生的拖曳力,进而将拖曳力嵌入刚体极限平衡理论对斜坡稳定性进行分析。典型斜坡实例计算结果表明,当未考虑拖曳力效应时,斜坡的安全系数为1.164,考虑水流对斜坡土体产生拖曳力效应时,斜坡的安全系数为1.089,斜坡安全系数降低了6.44%。这表明拖曳力作用对斜坡的稳定性存在不利影响,斜坡土体在近乎临界稳定状态下拖曳力将对斜坡失稳起到决定性作用。最后分别讨论了考虑拖曳力和不考虑拖曳力情况下斜坡的安全系数与径流水深、斜坡倾角、土层厚度之间的关系。分析表明,在其他条件相似的条件下,斜坡越陡,斜坡土体的安全系数下降越明显;斜坡安全系数随着斜坡倾角增加而不断降低,随着土层厚度的增加而不断降低。 相似文献
6.
《岩土力学》2021,(2)
为研究强降雨条件下地表径流和裂隙水流的拖曳力作用对斜坡稳定性的影响,建立斜坡地表径流和地下水渗流耦合分析模型。采用Navier–Stokes方程描述地表径流和裂隙水流,Brinkman-extended Darcy方程描述土体和岩石中的渗流,并根据不同介质交界面处流速相等及剪应力连续的边界条件,推求各个介质中的流速分布。应用Newton内摩擦定律求得水流对斜坡产生的拖曳力,进而将拖曳力嵌入刚体极限平衡理论对斜坡稳定性进行分析。典型斜坡实例计算结果表明,当未考虑拖曳力效应时,斜坡的安全系数为1.164,考虑水流对斜坡土体产生拖曳力效应时,斜坡的安全系数为1.089,斜坡安全系数降低了6.44%。这表明拖曳力作用对斜坡的稳定性存在不利影响,斜坡土体在近乎临界稳定状态下拖曳力将对斜坡失稳起到决定性作用。最后分别讨论了考虑拖曳力和不考虑拖曳力情况下斜坡的安全系数与径流水深、斜坡倾角、土层厚度之间的关系。 相似文献
7.
海底滑坡是危害最大的海洋地质灾害之一,可以沿海底斜坡搬运超大体积的沉积物,并作高速运动。滑水是海底滑坡高速和长距离滑动的主要原因,涉及复杂的滑坡体-环境水相互作用。本文采用新型数值方法物质点法对滑水的危害性进行研究,分别对室内试验和真实滑坡案例中滑坡体的运动过程进行了反分析。考虑滑水发生的力学条件,将上部流体拖曳阻力、底部海床阻力和滑水发生时的水垫层阻力共同作用于滑坡体,得到的滑坡体运动距离与试验和观测结果一致。分析了滑坡体在滑水发生后的动力特性,研究表明滑水大幅增强了海底滑坡的运动距离和滑动速度。 相似文献
8.
《岩土力学》2020,(2)
为研究强降雨条件下地表径流和裂隙水流的拖曳力作用对斜坡稳定性的影响,建立斜坡地表径流和地下水渗流耦合分析模型。采用Navier–Stokes方程描述地表径流和裂隙水流,Brinkman-extended Darcy方程描述土体和岩石中的渗流,并根据不同介质交界面处流速相等及剪应力连续的边界条件,推求各个介质中的流速分布。应用Newton内摩擦定律求得水流对斜坡产生的拖曳力,进而将拖曳力嵌入刚体极限平衡理论对斜坡稳定性进行分析。典型斜坡实例计算结果表明,当未考虑拖曳力效应时,斜坡的安全系数为1.164,考虑水流对斜坡土体产生拖曳力效应时,斜坡的安全系数为1.089,斜坡安全系数降低了6.44%。这表明拖曳力作用对斜坡的稳定性存在不利影响,斜坡土体在近乎临界稳定状态下拖曳力将对斜坡失稳起到决定性作用。最后分别讨论了考虑拖曳力和不考虑拖曳力情况下斜坡的安全系数与径流水深、斜坡倾角、土层厚度之间的关系。 相似文献
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大陆边缘深水区海底滑坡及其不稳定性风险评估 总被引：6，自引：1，他引：5
海底滑坡是大陆坡一种常见的沉积作用过程。这种沉积作用包括滑塌和碎屑流等重力流作用过程,它能将沉积物运移数百公里,严重危害深水油气开发平台、油气管线、海底电缆等设施;同时,还可能导致巨大破坏性的海啸。虽然导致海底滑坡的因素很多,但近年来发现海底滑坡的触发机制可能与地震作用和海底天然气水合物的分解关系密切。随着深水油田的开发和深海工程的日益增多,这种地质作用越来越引起学术界和工业界的重视。在介绍大陆边缘深水区海底滑坡的构成、识别和触发机制的基础上,提出海底滑坡的地质风险评估方法。 相似文献
10.
海底滑坡及其触发的海啸是海洋地质灾害的重要组成部分。随着海洋工程设施及沿海地区人口及经济的快速增长,海洋地质灾害研究和评估变得越来越重要和紧迫。根据高精度地球物理资料(地震和多波束),在南海北部主要含油气盆地(珠江口盆地和琼东南盆地)中发现大量的海底滑坡。这些海底滑坡形成于上新世至第四纪,它们多以杂乱或空白的地震反射为特征,部分海底滑坡含有大量滑塌块体;这些海底滑坡的规模从数平方千米至上万平方千米不等。本文梳理了南海北部海底滑坡的特征;并对包括西沙隆起在内的海底滑坡所造成的直接灾害和次生灾害(海啸)进行初步评估;最后,指出了南海北部未来海底滑坡研究中需要解决并有望取得突破的主要科学(海底滑坡的成因机制)和实践(潜在海底滑坡及其触发海啸可能性)问题。 相似文献
11.
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
12.
钙质砂广泛分布于我国南海海域,作为岛礁填筑材料,其渗透性很大程度上决定着填筑后土体的固结和沉降。拖曳力系数是表达液体对土体颗粒表面力的参数,也是表征颗粒状土体渗透能力的一个重要指标,目前国内外对具有极不规则形状钙质砂拖曳力系数的研究十分有限。在前期大量钙质砂颗粒沉降试验基础上,建立了能够考虑形状系数的颗粒与液体相互作用拖曳力系数理论公式;在已建立的计算流体动力学-离散元法(CFD-DEM)流固耦合理论框架下,将新发展的拖曳力系数公式嵌入到流固耦合程序中,模拟钙质砂颗粒在液体中沉降过程。通过将模拟结果与室内沉降试验对比,验证了新建立的拖曳力模型及程序实现的准确性。研究结果表明,较CFD-DEM程序中已有的未考虑颗粒形状的拖曳力系数半经验模型,新的拖曳力系数模型能够更准确地模拟不规则颗粒在液体中沉降过程;同时,在数值建模中无需采用异形颗粒即可以反映颗粒形状对拖曳力的影响,这将大大降低数值模拟的计算量,提高计算效率。研究可进一步应用于钙质砂水中堆填后固结沉降以及冲刷等实际工程问题分析中。 相似文献
13.
钙质砂广泛分布于我国南海海域,作为岛礁填筑材料,其渗透性很大程度上决定着填筑后土体的固结和沉降。拖曳力系数是表达液体对土体颗粒表面力的参数,也是表征颗粒状土体渗透能力的一个重要指标,目前国内外对具有极不规则形状钙质砂拖曳力系数的研究十分有限。在前期大量钙质砂颗粒沉降试验基础上,建立了能够考虑形状系数的颗粒与液体相互作用拖曳力系数理论公式;在已建立的CFD-DEM流固耦合理论框架下,将新发展的拖曳力系数公式嵌入到流固耦合程序中,模拟钙质砂颗粒在液体中沉降过程。通过将模拟结果与室内沉降试验对比,验证了新建立的拖曳力模型及程序实现的准确性。研究结果表明,较CFD-DEM程序中已有的未考虑颗粒形状的拖曳力系数半经验模型,新的拖曳力系数模型能够更准确地模拟不规则颗粒在液体中沉降过程;同时,在数值建模中无需采用异形颗粒即可以反映颗粒形状对拖曳力的影响,这将大大降低数值模拟的计算量,提高计算效率。研究可进一步应用于钙质砂水中堆填后固结沉降以及冲刷等实际工程问题分析中。 相似文献
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《岩土力学》2021,(5)
钙质砂广泛分布于我国南海海域,作为岛礁填筑材料,其渗透性很大程度上决定着填筑后土体的固结和沉降。拖曳力系数是表达液体对土体颗粒表面力的参数,也是表征颗粒状土体渗透能力的一个重要指标,目前国内外对具有极不规则形状钙质砂拖曳力系数的研究十分有限。在前期大量钙质砂颗粒沉降试验基础上,建立了能够考虑形状系数的颗粒与液体相互作用拖曳力系数理论公式;在已建立的CFD-DEM流固耦合理论框架下,将新发展的拖曳力系数公式嵌入到流固耦合程序中,模拟钙质砂颗粒在液体中沉降过程。通过将模拟结果与室内沉降试验对比,验证了新建立的拖曳力模型及程序实现的准确性。研究结果表明,较CFD-DEM程序中已有的未考虑颗粒形状的拖曳力系数半经验模型,新的拖曳力系数模型能够更准确地模拟不规则颗粒在液体中沉降过程;同时,在数值建模中无需采用异形颗粒即可以反映颗粒形状对拖曳力的影响,这将大大降低数值模拟的计算量,提高计算效率。研究可进一步应用于钙质砂水中堆填后固结沉降以及冲刷等实际工程问题分析中。 相似文献
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《岩土力学》2020,(5)
钙质砂广泛分布于我国南海海域,作为岛礁填筑材料,其渗透性很大程度上决定着填筑后土体的固结和沉降。拖曳力系数是表达液体对土体颗粒表面力的参数,也是表征颗粒状土体渗透能力的一个重要指标,目前国内外对具有极不规则形状钙质砂拖曳力系数的研究十分有限。在前期大量钙质砂颗粒沉降试验基础上,建立了能够考虑形状系数的颗粒与液体相互作用拖曳力系数理论公式;在已建立的CFD-DEM流固耦合理论框架下,将新发展的拖曳力系数公式嵌入到流固耦合程序中,模拟钙质砂颗粒在液体中沉降过程。通过将模拟结果与室内沉降试验对比,验证了新建立的拖曳力模型及程序实现的准确性。研究结果表明,较CFD-DEM程序中已有的未考虑颗粒形状的拖曳力系数半经验模型,新的拖曳力系数模型能够更准确地模拟不规则颗粒在液体中沉降过程;同时,在数值建模中无需采用异形颗粒即可以反映颗粒形状对拖曳力的影响,这将大大降低数值模拟的计算量,提高计算效率。研究可进一步应用于钙质砂水中堆填后固结沉降以及冲刷等实际工程问题分析中。 相似文献
16.
海底滑坡海啸的颗粒流耦合模型 总被引：1，自引：0，他引：1
海底滑坡的运动可能引发海啸,破坏离岸设施,威胁海岸带安全。国内外关于海底滑坡引发海啸的研究方兴未艾。采用Mih颗粒流模型控制具弱黏聚力的砂土滑坡运动,利用两相流模型计算岩土体-水体相互作用及RNG湍流模型控制水体运动,构建了基于颗粒流模型的海底滑坡海啸全耦合数值分析方法。通过简单水槽水下滑坡案例进行了海底滑坡海啸全过程研究。数值分析再现了变形滑体的不均一运动、密度分异流动、水滑机制和以波谷为典型特征的涌浪波等典型海底滑坡及海啸现象,这表明数值模型具有有效性。许多海域（包括中国南海北部）都存在弱黏聚力和无黏聚力的水下滑坡,该数值方法值得推广和进一步研究完善。 相似文献
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钙质砂作为南海岛礁填筑常用的岩土材料,其渗透性很大程度上决定着填筑后土体的固结和沉降。拖曳力系数是表达流体对土体颗粒表面力的参数,也是表征颗粒状土体渗透能力的一个重要参数,目前国内外对钙质砂拖曳力系数的研究十分有限。首先引入一个修正的三维参数 对钙质砂这种天然非规则颗粒材料的形状进行定量描述,然后开展一系列单个钙质砂颗粒在液体中沉降试验,利用高速相机记录颗粒沉降过程,结合图像处理技术获得颗粒沉降平衡速度Ut,进而计算出拖曳力系数CD和雷诺数Re,最后拟合出包含CD、Re及 三个参数的钙质砂拖曳力系数半经验模型。结果发现,在相同雷诺数条件下钙质砂的形状系数 越大,拖曳力系数越小。通过与其他研究结果对比发现,其表面微孔隙越发育,拖曳力系数越小的规律。该模型能够考虑不规则颗粒形状对拖曳力系数的影响,从而提高对土体渗透性预测的精度,对南海岛礁填筑工程中钙质砂固结和沉降的计算也具有重要意义。 相似文献
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在近岸海底管线路由调查的探测过程中，回声测深仪或多波束测深仪、旁侧声纳扫描、浅地层剖面仪和海洋磁力仪是探测的主要仪器。回声测深仪测量水深和了解地形变化，旁侧声纳扫描探测海床的岩石露头、管线以及锚痕、沙波等海床地貌和地质灾害现象，浅地层剖面主要探测浅埋岩石、管线及海底浅部的地质灾害现象，海洋磁力仪探测带有磁性的管线等物体。以上几种方法综合使用，可以探测管线或探明路由的地质情况，海底地质灾害是威胁管线的重要因素。 相似文献
19.
利用2006年南极威德尔海冬季科学考察期间由机载激光高度计测得的海冰上表面形态数据,以拖曳分割理论为基础研究了冰脊形拖曳力及其对冰-气总拖曳力的贡献以及中性条件下对应10 m高度处风速的冰-气拖曳系数Cdn(10)。结果显示,在密集冰区,冰脊形拖曳力及其对总拖曳力的贡献随冰脊强度(脊高/脊距)的增大呈递增趋势,而随粗糙长度的增大而减小,对应于威德尔海冬季典型冰脊强度和粗糙长度,占总拖曳力的35%,说明了冰脊形拖曳力在冰-气界面动量交换中的重要作用。Cdn(10)随冰脊强度的增大而增大,但冰脊强度较小时,Cdn(10)随粗糙长度增大而增大;而对较大的冰脊强度,Cdn(10)则随粗糙长度增大而减小。 相似文献
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海洋地质灾害对沿海城市人口和海洋经济发展构成重大威胁。海岸港口航道、海底管线光缆、海洋平台基础等工程建设规模的扩大,意味着海洋地质灾害风险进一步提高。海底火山爆发、海啸等大规模但不常见的灾害事件吸引了大多数公众关注和媒体报道,并促使政策调整以防范化解灾害风险。然而,海底气体喷溢、海底滑坡等小规模但更频繁的原生灾害事件,会产生严重的局部影响,并且极易转变为灾害链导致灾害事件恶化,但社会公众在很大程度上没有足够重视此类灾害风险。迄今为止,大多数海洋地质灾害的特征都可以被探测识别,但依靠现有的技术却很难有效监测。海洋地质灾害的原位监测需要更加严苛的技术能力,特别是突发性海洋地质灾害的原位监测难度较大。综述首先介绍了海洋地质灾害原位监测的意义以及技术发展的挑战,然后对海洋地质灾害的监测要素进行总结探讨,重点阐述海洋地质灾害监测技术装备的应用情况,并对海洋地质灾害的风险评估和灾害预警进行分析探讨,最后对海洋地质灾害原位监测技术及其应用作了总结和展望。综述旨在分析总结海洋地质灾害类型的监测技术装备及其应用中涉及的一些核心技术和急需解决的关键问题,以期为该项技术发展和应用提供借鉴。 相似文献