粉土海床波流作用下海底管道稳定性研究

摘要

21世纪是海洋的世纪。近年来，我国加快了海洋油气资源的开发和利用，海底管道的铺设量逐年增加。在从近岸平台向陆地的油气输送中，管道输送仍然是目前最重要的运输方式之一。然而，海底管道所处的海洋环境复杂，管道周围底床在波浪、潮流等水动力的作用下极易产生冲刷，造成管道悬跨。悬跨段的管道没有了底床的支持力和摩擦力，在波浪、潮流力的作用下很容易发生振动，对管道的安全稳定性造成极大的破坏。 本文基于大型物理模型试验，通过水槽中进行的管道试验所观察到的现象以及采集的数据进行整理分析，对管道的受力振动问题进行了系统的研究。 本文介绍了目前国内外对于海底管道底床冲刷，受力振动问题的研究现状，并提出了本文的研究特点。对物理模型试验的试验条件，试验内容等进行了详细的描述。通过对试验中底床变化的细致观察，将海底管道周围底床冲刷和沙波形成过程进行详细的说明，总结出一定的规律。 本文针对我国海底管道大都铺设于细颗粒物海床的特点，主要对粉土海床上海底管道的受力情况进行分析。对比不同组次的试验，总结出不同波浪要素，不同埋置深度海底管道的受力特征，并分析了流的作用对管道受力的影响，弥补了国内外关于波流联合作用研究的不足。 本文通过中砂、极细砂海床与粉土海床的受力进行对比，分析底床对海底管道受力的影响。在此基础上对粉土海床平铺海底管道在波流联合作用下的受力过程进行详细的分析。此外，本文还试探性的引入了“剩余力”的概念，对单个波浪过程的作用进行分析，以便研究管道的振动趋势。 最后，本文介绍了管道涡流振动的机理，并结合东方1-1管道的测量资料和所在研究区的概况，分析了有无台风两种情况下，海底管道的振动疲劳问题，对该区域的管道施工维护提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

0前言

0.1研究意义

0.2研究现状

0.2.1物理模型试验研究

0.2.2波浪、流的作用力对管道稳定性影响的研究

0.2.3管道振动疲劳的研究

0.3本文的主要工作

1 物理模型实验

1.1试验目的

1.2试验条件

1.3试验设计

1.3.1试验比例尺的设计

1.3.2管道模型的设计

1.3.3试验波浪要素的设计

1.3.4试验土样选择和模型区的设计

1.3.5仪器探头的布设

1.4试验内容

1.5试验过程中底床变化

1.5.1六组试验过程描述

1.5.2底床变化过程总结

2管道受力分析

2.1波浪作用下泥沙的运动

2.2海底管道周围的冲刷

2.3波浪对管道的作用力

2.4试验数据分析

2.4.1粉土海床的试验对比

2.4.2不同粒径海床对管道受力的影响

2.4.3波流联合作用下粉土海床平铺管道的受力过程分析

2.4.4剩余力的计算

2.5本章小结

3 管道振动疲劳分析

3.1涡流振动形成机理

3.1.1管跨的形成

3.1.2涡旋的产生

3.1.3涡旋发放频率

3.1.4管跨涡激共振

3.1.5管道的自振频率

3.2东方1-1管道的振动疲劳分析

3.2.1东方1-1管道研究区概况

3.2.2振动疲劳计算

3.2.3计算结果分析

4结论

4.1结论

4.2问题及建议

参考文献

致 谢

个人简历及发表的学术论文