[發(fā)明專利]一種評(píng)價(jià)波浪作用下砂土對(duì)埋置海底管線抗力的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510808268.2
• 申請(qǐng)日: 2015-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN105424466A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧海峰;曹文冉;劉振紋;羅小橋;許浩;祁磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司;中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01N3/00
• 分類號(hào): G01N3/00;G01N3/22;G01N3/24
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 馬苗苗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種評(píng)價(jià)波浪作用下砂土對(duì)埋置海底管線抗力的方法。

背景技術(shù)

為滿足生產(chǎn)工藝的要求，埋置海底管線內(nèi)熔物在運(yùn)輸過程中需要施加一定的壓力并升高溫度，使鋼管中產(chǎn)生附加應(yīng)力。當(dāng)海底管線埋置于地基土體內(nèi)時(shí)，地基土體對(duì)管線的抗力使得管線無法自由變形并釋放內(nèi)部應(yīng)力，隨著附加應(yīng)力的不斷累積，當(dāng)其超過地基土體的抗力作用時(shí)，管線就會(huì)發(fā)生突然變形而使內(nèi)部應(yīng)力得到釋放，這種屈曲劇變可直接導(dǎo)致管線材料的屈服以及土體破壞。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N評(píng)價(jià)波浪作用下砂土對(duì)埋置海底管線抗力的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)其超過地基土體的抗力作用時(shí)，管線就會(huì)發(fā)生突然變形而使內(nèi)部應(yīng)力得到釋放，導(dǎo)致管線材料的屈服以及土體破壞的技術(shù)問題。

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N評(píng)價(jià)波浪作用下砂土對(duì)埋置海底管線抗力的方法，所述方法包括：

獲取砂土試樣，并測(cè)定所述砂土試樣的物理參數(shù)；

采用干裝法將所述砂土試樣制備為不同相對(duì)密實(shí)度的土體試樣；

對(duì)所述不同相對(duì)密實(shí)度的土體試樣中的每種相對(duì)密實(shí)度的土體試樣，選定不同的初始靜應(yīng)力比、對(duì)所述土體試樣施加不同的動(dòng)循環(huán)應(yīng)力比，并控制所述動(dòng)循環(huán)的次數(shù)和加載時(shí)間，獲得動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強(qiáng)度的變化規(guī)律曲線；

根據(jù)所述動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強(qiáng)度的變化規(guī)律曲線，建立砂土動(dòng)強(qiáng)度-變形以及孔隙水壓力增長模式理論模型；

將所述理論模型嵌入到通用有限元分析軟件中，并考慮管-土相互作用，建立波浪作用下埋置海底管線與砂質(zhì)海床土體相互作用三維數(shù)值計(jì)算模型，并對(duì)管線分別施加水平和豎直向作用力，進(jìn)而根據(jù)荷載位移關(guān)系，獲得砂質(zhì)海床對(duì)埋置海底管線的約束作用力大小。

優(yōu)選地，所述物理參數(shù)包括最大最小孔隙比(e_max，e_min)，顆粒級(jí)配曲線和比重(G_s)。

優(yōu)選地，所述不同相對(duì)密實(shí)度的土體試樣具體包括相對(duì)密實(shí)度Dr為0.6、0.7、0.8、0.9土體試樣，其中，Dr＝(e_max-e)/(e_max-e_min)，所述e為孔隙比，所述e_max為所述砂土試樣的最大孔隙比，所述e_min為所述砂土試樣的最小孔隙比。

優(yōu)選地，所述不同的動(dòng)循環(huán)應(yīng)力比具體包括動(dòng)循環(huán)應(yīng)力比σ_d/σ₃為0.3、0.4、0.5和0.6，所謂的動(dòng)循環(huán)應(yīng)力比是指周期荷載中的峰值應(yīng)力與圍壓的比值。

優(yōu)選地，所述對(duì)所述不同相對(duì)密實(shí)度的土體試樣中的每種相對(duì)密實(shí)度的土體試樣，選定不同的初始靜應(yīng)力比、對(duì)所述土體試樣施加不同的動(dòng)循環(huán)應(yīng)力比，并控制所述動(dòng)循環(huán)的次數(shù)和加載時(shí)間，獲得動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強(qiáng)度的變化規(guī)律曲線，具體為：

對(duì)所述相對(duì)密實(shí)度Dr為0.6、0.7、0.8、0.9土體試樣，初始靜應(yīng)力σ₁/σ₃為0.15、0.3、0.5和0.7，對(duì)所述土體試樣施加對(duì)動(dòng)循環(huán)應(yīng)力比σ_d/σ₃為0.3、0.4、0.5和0.6，進(jìn)行64組空心扭剪三軸試驗(yàn)，并通過控制動(dòng)循環(huán)應(yīng)力次數(shù)和加載時(shí)間，以獲得動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強(qiáng)度的變化規(guī)律曲線。

本申請(qǐng)有益效果如下：

上述方法通過獲取砂土試樣，制備不同相對(duì)密實(shí)度的土體試樣，對(duì)所述不同相對(duì)密實(shí)度的土體試樣中的每種相對(duì)密實(shí)度的土體試樣，選定不同的初始靜應(yīng)力比、對(duì)所述土體試樣施加不同的動(dòng)循環(huán)應(yīng)力比，并控制所述動(dòng)循環(huán)的次數(shù)和加載時(shí)間，獲得動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強(qiáng)度的變化規(guī)律曲線，根據(jù)所述動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強(qiáng)度的變化規(guī)律曲線，建立砂土動(dòng)強(qiáng)度-變形以及孔隙水壓力增長模式理論模型，將所述理論模型嵌入到通用有限元分析軟件中，并考慮管-土相互作用，建立波浪作用下埋置海底管線與砂質(zhì)海床土體相互作用三維數(shù)值計(jì)算模型，并對(duì)管線分別施加水平和豎直向作用力，進(jìn)而根據(jù)荷載位移關(guān)系，獲得砂質(zhì)海床對(duì)埋置海底管線的約束作用力大小，為海底埋置管線設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)理論方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)其超過地基土體的抗力作用時(shí)，管線就會(huì)發(fā)生突然變形而使內(nèi)部應(yīng)力得到釋放，導(dǎo)致管線材料的屈服以及土體破壞的技術(shù)問題。

附圖說明