海底断层及滑坡作用下海底管道的响应影响分析

摘要

海洋油气资源的开发中，海底管道是不可或缺的重要设施。随着海底管道铺设长度越来越长，覆盖区域越来越广，穿越地质灾害地带不可避免，因此非常有必要对海底断层和滑坡等地质灾害作用下海底管道的应力响应进行研究。
　　以大型有限元结构分析程序 ABAQUS软件为平台，考虑断层对管道重力和管土间摩擦系数产生的影响，管道钢材选用Ramberg-Osgood模型作为本构模型，建立海底管道非线性等效边界壳单元模型。在模型中，对于管土相互作用，利用三向土弹簧来进行模拟。对于海管两端的边界约束条件，首次在ABAQUS中利用等效边界法来确定，然后将边界约束条件等价成并联的非线性弹簧施加在模型上。等效边界的合理性通过模型自洽性进行验证，并与 Newmark理论值和Kennedy理论值对比验证其合理性。
　　利用已建立好的模型分析参数差异的影响，参数差异主要包括断层错动量不同、断层与管道交角不同、断层破碎带宽度不同、管道材料特性不同、管道壁厚不同、管道直径不同、管道埋深不同、周围土体不同、土体均一程度不同。研究结果表明轴向拉应力是管道拉伸变形时的主要应力，断层错动量不同和断层与管道交角不同对管道应力应变有重大影响，实际工程设计中管道与断层交角以90°最佳。
　　管道在滑坡作用下，其受力表现与断层作用下具有很强的相似性，可以利用相同的方法建立模型进行分析。这是首次将等效边界用于滑坡作用分析。
　　本文分析了滑坡区域宽度、穿越角度、滑移泥流历时时常、管道壁厚、管道直径、管道埋深、周围土体刚度等七项参数差异对于管道应力反应的影响。研究结果显示，滑坡区域宽度对于管道应力影响最大，穿越滑坡区域宽度越小应力越小。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3本文主要工作

第二章 典型地质灾害作用下管土相互作用模拟

2.1土体约束的等效处理

2.2等效边界法的原理

第三章 断层和滑坡作用下海底管道应力影响仿真模型

3.1管道单元的选取

3.2海底管道钢材的本构模型

3.3非线性有限元的理论解法

3.4跨断层海底管道有限元模型的建立

3.5有限元模型的验证

第四章 跨断层海底管道应力响应的影响参数分析

4.1断层参数的影响

4.2管道参数的影响

4.3周围土体参数差异的影响

第五章 滑坡对海底管道的影响分析

5.1滑坡作用下的海底管道有限元模型

5.2滑坡作用下海底管道应力响应的影响参数分析

第六章 结论和展望

6.1 本文结论

6.2 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢