基于非线性Pasternak地基模型的海床悬链线立管触地段初始侵彻静平衡解析解

作     者：张治国 沈安鑫 张成平 PANYT 吴钟腾 ZHANG Zhi-guo;SHENAn-xin;ZHANG Cheng-ping;PAN Y.T.;WU Zhong-ten

作者机构：上海理工大学环境与建筑学院上海200093 自然资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室福建省地质灾害重点实验室福建福州350002 国家海洋局北海预报中心山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室山东青岛266061 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 新加坡国立大学土木与环境工程系新加坡 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(No.41772331,No.41977247) 自然资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室(福建省地质灾害重点实验室)开放课题(No.FJKLGH2020K004) 山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室开放课题(No.201703) 

出 版 物：《岩土力学》 (Rock and Soil Mechanics)

年 卷 期：2021年第42卷第9期

页      码：2355-2374页

摘      要：钢质悬链线立管(steelcatenaryriser,简称SCR)作为深海油气资源开采的首选立管系统,其在与海床土体的相互作用下,对触地段管线埋深以及疲劳寿命影响较大。依据管土相互作用的非线性土体阻力-侵彻深度(p-y)曲线,将其简化为三段线弹性土体刚度衰减模型,求得了基于非线性Pasternak地基模型的海床上悬链线立管触地段初始侵彻静平衡解析解。通过与三维有限元算例和5个模型试验算例的对比分析,发现常规Winkler地基模型会高估管线竖向变形与弯矩,验证了基于非线性Pasternak地基模型解析解的合理性与适用性;海床抗剪强度Su0的增加显著提高了三段线弹性土体刚度,降低了管线竖向变形。此外,针对水深H、立管铺设角度g、管线外径D、管线弹性模量E和材料密度r的变化对管线侵彻土体时的物理力学特性进行了参数对比以及安全评估分析。结果表明:立管铺设角度g增大会使管线竖向变形减小,弯矩与剪力则有所增大,角度超过82o易出现屈服破坏;管线外径D的增加会使土体竖向阻力、管线竖向变形与触地段管线弯矩、剪力同步增大,外径超过0.4 m易出现屈服破坏;管线弹性模量E越大,竖向变形越小,弯矩与剪力则有所增大,弹性模量超过275 GPa易出现屈服破坏;管线材料密度越大,管线竖向变形越大,弯矩没有明显变化,剪力则有所增大,密度超过14 850 kg/m3易出现屈服破坏。上述结论可以为海洋管线悬链线立管的前期设计提供一定理论依据。

主 题 词：钢质悬链线立管 管土作用 p-y曲线 非线性Pasternak地基模型 安全评估 

学科分类：081401[081401] 08[工学] 0818[工学-交通运输类] 0815[工学-矿业类] 0903[农学-动物生产类] 0813[工学-化工与制药类] 0901[农学-植物生产类] 0814[工学-地质类] 

核心收录：

D　O　I：10.16285/j.rsm.2021.0295

馆 藏 号：203104841...