The effects of penetration rate and strain softening on the vertical penetration resistance of seabed pipelines

摘要

Les conduites d'hydrocarbures en eau profonde sont généralement posées directement sur le fond marin, sans aucune dispositif de stabilisation additionnel. Les paramètres d'étude déterminant la résistance du sol à des mouvements latéraux et axiaux de la conduite d'hydrocarbures sont fonction de l'encastrement vertical. Toutefois, cette dernière quantité est difficile à évaluer, en partie en raison des effets des soulèvements du sol autour de la conduite, lors de la pénétration de cette dernière, mais aussi du fait que la résistance du sol au cisaillement est fonction de la déformation plastique ainsi qu du degré d'adoucissement du sol cisaillé et remoulé. Dans la présente communication, on a adopté une méthode aux éléments finis pour déformations importantes afin d'étudier les interactions conduite/sol au cours de l'encastrement vertical des conduites dans le fond marin. On a modifié le simple modèle de sol Tresca afin d'incorporer les effets combinés de la déformation plastique et de l'adoucissement. On a validé a méthode aux éléments finis pour déformations importantes utilisée actuellement en comparant les résultats avec des données provenant des essais effectués sur maquette centrifuge. On a effectué ensuite une étude paramétrique, en variant les paramètres de déformation plastique et d'adoucissement, afin d'explorer leurs effets sur la résistance à la pénétration. On a développé de simples expressions pour la résistance à la pénétration, incorporant les effets de la déformation plastique et de l'adoucissement. On s'est également penché sur les effets de la résistance, de l'hétérogénéité verticale, et de la flottabilité du sol.%Offshore pipelines in deep water are generally laid directly on the seabed, without any additional stabilisation measures. Design parameters that determine the soil resistance to lateral and axial motion of the pipeline are a function of the amount of vertical embedment. However, this latter quantity is difficult to estimate, partly because of the effects of soil heave around the pipeline as it penetrates, and partly because the soil shear strength depends on the strain rate and the degree of softening as the soil is sheared and remoulded. In this paper, a large deformation finite-element approach was adopted to study pipe-soil interaction during vertical embedment of pipelines on the seabed. The simple Tresca soil model was modified to incorporate the combined effects of strain rate and softening. The present large deformation finite-element method was validated by comparing the results with data from centrifuge model tests. A parametric study was then performed, varying the strain rate and softening parameters to explore their effects on penetration resistance. Simple expressions for penetration resistance, incorporating the effects of strain rate and softening, have been developed. The effects of soil strength vertical heterogeneity and buoyancy have also been explored.