坠落物体产生的冲击荷载对海底管线的损伤分析

提出了坠落物体产生的冲击荷载对海底管线的损伤一种简易可行的分析方法。对坠落物体进行分类,然后进行运动形式分析,求得冲击速度,根据动力问题控制方程,使用著名商业软件‘ANSYS/LS-DYNA’,‘LS-DYNA’是世界上最著名的通用显式动力分析程序,对实际的工程算例进行了仿真模拟分析。得到的计算结果与已有经验方程结果是基本一致的。该方法可以和一般风险分析方法一起用作海底管线损伤分析和保护措施校核分析。     

偏心系数和锚腚角对固定锚腚拖曳锚运动的影响

为观测和分析安装中拖曳锚在土中的运动特性,自制了由玻璃水槽、拖曳系统和拉力传感器组成的板锚拖曳试验装置。将硅凝胶与水混合制备成了透明土,依据有效重度强度比确定模型锚材料,按照1:50缩尺比例,在自制板锚拖曳试验装置上开展固定锚腚拖曳锚拖曳试验,研究了偏心系数和锚腚角对固定锚腚拖曳锚运动特性的影响规律。结果表明：该试验装置可以直接观测拖曳板锚嵌入土中运动的全过程;锚眼法向偏心距和切向偏心距不是独立参数,偏心系数能综合描述锚眼偏心对板锚在土中运动的影响;锚腚角是影响板锚在土中运动的重要参数,随着锚腚角增加,板锚最终嵌土深度先增加后减小;随着锚眼偏心系数增加,板锚最终嵌土深度先增加后减小;固定锚腚拖曳锚在土中的运动轨迹近似服从负指数函数曲线。     

安装期单层保温管层间剪切力分析

在浅水海域,采用单层保温管结构代替双重钢管保温结构具有很好的发展应用前景,但在单层管的铺设过程中管线各层之间和保温层内将产生较大的剪应力,如何防止各层间的错动和保温层材料的剪切破坏是设计所必须解决的两个主要问题。以渤海某油田海底管线建设项目为例,根据单层保温管的结构特点,力的层间传递特性和变形协调条件,建立了单层保温管各层层间剪切力和保温层中剪应力的计算方法,为海底单层保温管的设计提供了依据。     

非饱和压实土率敏性及蠕变时效特征试验研究

为研究部分饱和状态下高填方回填土工后长期变形,对非饱和压实土在可控基质吸力下分别开展率敏性和蠕变试验,并分析两者间时效对应关系。率敏性试验采取不同加载速率的三轴剪切,分析基质吸力（0、100、200、300 kPa）、加载速率（0.40、0.02 mm/min）以及超固结比（1、4和8）对土体强度和变形特征的影响,并确定三轴剪切蠕变的三级加载应力水平为抗剪强度的0.45、0.65、0.85倍;在4种可控基质吸力（0、100、200、300 kPa）下参考陈氏加载法,按三应力水平分级加载开展非饱和压实土三轴剪切蠕变试验。试验结果表明：随着基质吸力的增加,其率敏性参数ρ 减小,其率敏性降低;随着基质吸力逐渐增大,其蠕变初始最大速率、稳定蠕变速率以及蠕变变形量均显著减小;蠕变试验确定的应变速率−应变关系线与率敏性试验获得的应变速率−应变数据点基本吻合,证明两者间存在一定时效对应关系,且随着基质吸力的增大,这种时效对应关系更显著。     

基于统一屈服准则超固结土的应力诱导各向异性下负荷面模型

为了描述中主应力对超固结土力学行为的影响,提出了一种表征土体超固结和应力诱导各向异性新的弹塑性本构模型。采用统一表述Mohr-Coulomb、Drucker-Prager、Lade-Duncan和Matsuoka-Nakai 4种屈服准则的形状函数g(θ),将其引入到下负荷面模型中修改临界状态破坏线的斜率M值,从而实现新模型中M值能随洛德角θ改变而变化;选择塑性偏应变增量为迭代变量,利用Newton-Raphson迭代开发了新模型的应力积分算法,编写了UMAT子程序,成功将新模型嵌入大型商业有限元软件ABAQUS中。结果表明：新模型能同时表征土体的超固结、剪胀和应力诱导各向异性,预测结果与试验数据吻合良好;新模型物理意义明确表述简单,便于工程推广应用;新模型的应力积分算法收敛速度快,每个增量步所需的迭代次数少,收敛精度高,算法运行稳定可靠。     

饱和黏土中固定锚腚拖曳锚嵌入轨迹预测模型

饱和黏土中固定锚腚拖曳锚的嵌入轨迹和承载力预测是深水系泊系统设计的关键。从固定锚腚拖曳锚在饱和黏土海床嵌土的初始状态出发,将固定锚腚拖曳锚和周围土体视作宏单元,假设在锚链拉力作用下宏单元沿土体屈服面法向运动,利用锚链方程计算锚眼拉力,基于增量迭代法建立了预测固定锚腚拖曳锚嵌入运动轨迹和锚眼拉力的模型,编制了相应的计算程序。利用程序预测了Bruce Dennla MK4固定锚腚拖曳锚、Murff算例拖曳锚在饱和黏土中的运动轨迹和承载力,结果表明：本文所建立的模型预测结果正确,可以用于预测固定锚腚拖曳锚嵌入饱和黏土全过程中板锚的运动轨迹、运动形态和锚眼拉力;固定锚腚拖曳锚嵌入过程中,锚运动形态有一个调整过程,因此,旋转角先减小,而后增加,并逐渐趋于稳定值。     

等向固结饱和黏土卸载孔压特性的试验与理论研究

负孔压可以为饱和黏土地基的结构基础提供抗拔阻力,准确计算负孔压的大小对研究上拔承载力的意义重大。通过等向固结的三轴伸长试验研究了卸荷状态下饱和黏土中孔压的发展规律,提出了计算超静负孔压的方法;结合修正剑桥模型和Henkel孔压理论,揭示了卸荷作用下超静负孔压产生的机制,合理地解释了在卸荷过程中超静孔压由负转正的过程。研究表明,卸荷试验条件下广义剪应力产生正孔压,而平均主应力对孔压的贡献为负,卸荷初期广义剪应力产生的正孔压不足以抵消平均主应力产生的负孔压,因此,超静孔压呈现负值。研究成果为负孔压预测以及上拔承载力研究提供了理论依据。     

单重保温管海底管线在铺设状态的层间剪力分析

以渤海某油田海底管线建设项目为例,根据单重保温管的结构特点,根据力的层间传递特性和变形协调条件,建立了进行单重保温管各层层间剪切力和保温层中剪应力的计算方法,为海底单重保温管的设计提供了依据。     

单重保温海底管线层间抗剪能力的室内全比尺试验研究

单重保温管较传统的双重管中管结构具有很多优势。铺设单重管最容易出现的问题是由于张紧器张力作用而导致单重管各层之间产生剪切力,如果抗剪能力不足产生相对滑移,就会出现拉脱现象,造成工程事故。以某依托工程采用的单重保温管为例,介绍了各层之间抗剪能力的室内全比尺试验方法,给出的试验结果可供设计参考。     

喷射式挖沟机机体的稳定性分析

挖沟机是铺设海底管线的必备设备。论文对海洋石油工程股份有限公司设计的挖沟机的受力状态进行了分析,根据整体稳定分析计算了挖沟机在不同工作形态所需要的牵引力。详细计算了(1)海流运动产生的作用力,包括拖曳力和举升力,海流的流动方向包括顺流、逆流和横流;(2)海底对挖沟机滑靴的阻力;(3)高压空气和高压水流对挖沟机机体的作用力;(4)牵引力;(5)海底土壤对机体的阻力(在挖沟机牵引速度大于挖泥速度时,引起的泥土对喷射管的阻力);(6)挖沟机的自重以及浮力。计算结果为挖沟机强度的校核及操作方法提供了依据。