海底裸置与埋置管线自沉过程对比研究

海底管线是海洋油气输运系统的重要组成成分,其稳定性和安全性尤为重要。通过有限元软件ABAQUS,应用Mohr-Coulomb模型,模拟海底裸置与埋置管线自沉过程。通过平衡初始地应力,设置管土接触,考虑重力和浮力作用,进行土体固结分析,计算裸置与埋置管线的土体与管线竖直位移,并进行管线悬跨研究。计算结果显示,对于裸置管线,参数的改变使土体更容易发生塑性屈服,土体的竖直位移量更大;对于埋置管线,当管线埋深较浅、管线上方土体重量不大时,参数的改变使管线平均密度与周围土体密度相差越大土体越容易发生塑性屈服,土体的竖直位移量越大。当管线悬空时,悬跨长度过大易使管线两端支撑土体被压溃,管线易产生大变形而失稳,因此在管线安装与维护过程中,一定要采取措施降低悬跨长度,保证管线运营安全。     

抛锚撞击水下管汇的数值模拟研究

船舶抛锚撞击水下管汇会影响到管汇的正常作业,基于ANSYS/LS-DYNA动力学分析软件,建立锚-水下管汇-海床土体的三维有限元模型,对抛锚碰撞水下管汇的过程进行数值仿真。通过求解水下管汇受碰撞后的等效应力、应变的时间历程及受撞击部位的凹陷损伤深度,发现最大等效应力点出现在管汇与锚接触位置处,管汇的碰撞部位最终发生凹痕变形。同时讨论锚与管汇接触面的形状以及海床土体对水下管汇损伤程度的影响,当冲击能量相同时,锚与水下管汇的碰撞接触面积越小,水下管汇的损伤深度就越大;当锚与管汇接触的接触面积相同时,冲击能量越大,水下管汇的损伤变形越大。海床土体的剪切弹性模量对管汇的凹陷损伤深度以及最大等效应力影响与冲击能量有关,海床土体的内摩擦角对管汇的碰撞影响较小。     

深水声学拖曳系统

介绍了我国自主设计和研制的深水声学拖曳系统,它的最大工作水深4000m,安装有高分辨率测深侧扫声纳,可在近海底工作获得高分辨率的海底地形地貌和温盐深等数据.它的测深覆盖范围600m,侧扫覆盖范围800m,垂直航迹分辨率5cm,最小可检测高度10cm,测深分辨率高于目前的多波束测深系统.该系统已进行了湖试和海上锚泊试验.该系统的研制成功将对开展大陆架勘查,探测和开发国际海底资源发挥重要作用,拖曳系统中高分辨率测深侧扫声纳还可装船安装,在大陆架水域进行高分辨率海底地形地貌测绘.     

基于CEL法的埋深海底管道受坠物撞击损伤分析

海底管道一旦受到坠物撞击损伤,会造成严重的环境污染及经济损失,为保证管道在运行期间的安全性,常对其进行埋深处理。对于有埋深的海底管道,坠物的撞击会造成管道上覆土体的大变形,在数值模拟中会导致网格畸变,甚至无法收敛。耦合欧拉-拉格朗日法(CEL法)可有效处理土体大变形问题,本文基于此方法建立了坠物-管道-土体有限元模型,分析了坠物撞击速度、质量、形状、海床土体性质(弹性模量、内摩擦角、黏聚力)、埋深对海底管道塑性变形的影响。结果表明,管道的凹痕深度随坠物撞击速度和质量的增加而增加;坠物与海床土体及管道接触面积越小,管道的凹痕深度越大;管道的埋置深度及海床土体的性质对吸收坠物的撞击能量有直接关系:海床土体的强度越高、埋深越大,管道所受到的损伤程度越小。分析结果可为管道的设计与防护工作提供科学依据,且与现行规范比较,本文方法更加经济、合理。     

基于观测的南海西沙海域深层近惯性振荡特征分析

近惯性内波运动普遍存在于全球大洋中,影响大洋中的质量、动量和能量输送,是大气强迫与海洋混合之间的重要纽带。由于目前海洋深层观测资料的缺乏,对于深层近惯性内波生消演变特征研究甚少。利用2009-2012年的潜标观测资料,采用带通滤波和谱分析方法研究了南海西沙海域深层近惯性内波生成、传播和消亡等演变特征。通过研究发现,南海西沙海域深层存在较强的近惯性振荡,其生成源为台风过境能量输入,绝大部分时段内,近惯性振荡能量在海洋浅层耗散,不向海洋深层传播;仅在少部分时段内,近惯性振荡能量的80%～85%耗散在500 m以浅区域,有大概15%～20%继续向海洋深层传播。     

苏北浅滩海底地下水排放及其对海域营养盐通量的贡献

海底地下水排放(SGD)是近海海域的一个重要的营养盐来源。本研究借助多种天然镭同位素对春季苏北浅滩海域的SGD及其携带入海的营养盐通量进行量化评估。研究发现:苏北浅滩海域的~(224)Ra、~(223)Ra和~(226)Ra等镭同位素的浓度水平较高,呈现近岸高、远岸低的分布趋势;根据~(224)Ra/~(226)Ra的"表观年龄模型"估算的水龄的分布情况推断,春季该海域表层水体主体流向为东北向,流速约为0.1m/s,这与前人物理海洋数值模拟结果一致;最终利用226Ra质量平衡模型发现海域的SGD通量为(46±29)cm/d,由其携带入海的溶解态无机氮、磷、硅营养盐(DIN、 DIP、 DSi)等的通量分别为(2.6±3.1)×1~09、(3.0±2.5)×10~6和(5.5±4.2)×10~8mol/d。     

舟山北部海域海底第四系淡水资源赋存潜力

为了解东海舟山北部海域海底第四系淡水资源赋存情况,本文在系统分析舟山北部海域地质钻孔和单道地震资料基础上,分析了研究海域海底第四纪地层结构与沉积环境,阐述了研究海域海底松散沉积物分布规律,探讨了上海陆地地区早更新世中、晚期和早期古河道在研究海域的延伸和分布状况,分析了研究海域海底第四系含水层赋存状况。研究海域第四系可供开发利用的主要含水层为早更新世中、晚期的第四承压含水层（Ⅳ）和早更新世早期的第五承压含水层（Ⅴ）;第四承压含水层古河道分布区富水性最佳,含水层顶部发育厚层黏性土隔水层区域赋存淡水资源的可能性很大,含水层开发利用潜力可分为开发前景良好A区、开发前景较好B区和开发前景一般C区3类;第五承压含水层在古河道分布区富水性强,具有很好的淡水赋存潜力和良好的开发利用前景。     

土体约束对海底管道整体屈曲的影响机理研究

高温高压下海底管道的整体屈曲稳定性分析是管道设计的重要组成部分,而选取多长的管道进行分析对其整体屈曲稳定性结果影响显著。依据临界管长将管道分为"长管"与"短管",基于动力显式分析方法,揭示了长管与短管在发生整体屈曲过程中,屈曲幅值与波长、管壁轴向压力、轴向应变及轴向位移的变化规律;研究了土体约束力影响管道临界长度的规律性,分析了土体约束力系数对长管与短管整体屈曲变形的影响。研究发现,土体约束力对短管的整体屈曲行为影响显著,短管的整体屈曲幅值随土体约束力系数的增大呈现先增大后减小的趋势。该项研究对区分不同长度管道的整体屈曲类型进而采取有效防控措施具有重要参考价值。     

海底管线冲刷悬空及其抑制技术研究综述

海底管线作为海洋工程的重要组成部分,其安全性受到广泛关注。本文简单回顾了国内外学者通过物理实验、理论分析与数值模拟等方法研究海底管线冲刷悬空及防护问题的成果,并对工程中应用较广泛的防护方法的优缺点进行了简单对比,为该领域的进一步研究提供参考。     

南海北部东沙海域天然气水合物分解事件及其与海底滑塌的关系

东沙海域是南海北部一个重要的天然气水合物成藏区, 其陆坡广泛发育滑塌构造。文章对采自东沙陆坡中部973-4柱样和下部平坦区973-5柱样开展了沉积学粒度、底栖有孔虫种属特征和稳定同位素等的综合分析。研究结果表明: 两个柱样中底栖有孔虫的δ¹³C在末次冰期均出现明显负偏现象, 同时δ¹⁸O增高, 指示该时期东沙海域存在持续的天然气水合物分解事件; 末次冰消期以来, δ¹³C负偏现象逐渐消失, δ¹⁸O值降低, 可能是由于海平面上升阻止了天然气水合物分解。973-4柱样仅在末次盛冰期对应层位440~600cm段存在明显的滑塌沉积, 且该层段对应的特征底栖有孔虫Uvigerina spp.和Bulimina spp.的数量突增, 推测该区的海底滑塌可能是由于末次盛冰期海平面大幅度下降引起天然气水合物大量分解诱发所致; 973-5柱样同样记录到了海底滑塌现象, 但其滑塌沉积晚于973-4柱样的滑塌时间, 且其规模较小。