Modelling the axial soil resistance on deep-water pipelines

摘要

Le frottement axial pipeline/sol est un aspect important du dimensionnement des pipelines en eau profonde, car elle influe sur les réactions de flambage longitudinal et latéral sous l'effet des contraintes thermiques générées dans le pipeline au cours des phases d'opération et de stoppage. Les résultats d'expériences démontrent que le frottement axial, exprimée comme une proportion du poids de la conduite submergée, peut varier d'un rap-port de 1 à 10 en fonction de la vitesse du déplacement axial et de la durée cumulée de chargement. L'article fournit un cadre théorique pour la détermination du frottement axial. Ce cadre est basé sur la théorie des états critiques, en contraintes effectives, et permet la détermination de l'amplitude et la durée des pressions interstitielles générées à l'interface pipeline/sol quelque soit les conditions de drainage. Deux autres aspects relatifs à l'interaction pipeline/sol sont ajoutés afin de prendre en compte l'effet de la vitesse de chargement sur le frottement axial ; (ⅰ) un paramètre d'endommage-ment, engendrant une déformation volumétrique con-tractive à l'interface pipeline/sol; et (ⅱ) la dépendance de la vitesse de déformation de la résistance du sol mobilisée. Un modèle analytique prenant en compte ces caractéristiques ont été établies. Elles sont par la suite validés en comparant les résultats du modèle avec des résultats d'essais de cisaillement sol-interface représente une idéalisation plane du comportement, de l'interaction sol-pipeline.%Axial pipe-soil resistance is an important aspect of deep-water pipeline design, since it influences the longitudinal and lateral buckling responses under thermally induced expansion and contraction of the pipeline. Experimental evidence has shown that the axial resistance, expressed as a proportion of the submerged pipeline weight, can vary by an order of magnitude, depending on the rate of axial movement and cumulative time. This paper provides a theoretical framework for assessing the magnitude of axial friction. The framework is developed within a critical-state context using effective stresses, applicable to any degree of drainage in the soil, quantifying the magni-tude and duration of excess pore pressures generated near the pipe/soil interface. Two other aspects of behav-iour are added to match the observed velocity depen-dence of axial resistance: (a) a damage term, leading to contractive volumetric strain at the interface; and (b) strain-rate dependence of the mobilised soil strength. Analytical expressions are derived that capture the above features of the response. The resulting variations of normalised frictional resistance with time and velocity are then shown to match experimental data from inter-face shear-box tests, representing a planar idealisation of the same behaviour, and from model pipe tests.