砂质海床上海底管道侧向失稳试验研究

[目的]海洋环境具有复杂性及不可预测性,敷设于砂质海床上的海底管道易发生侧向失稳,但目前对海底管道侧向失稳的成因尚不明晰,亟需探究海流荷载作用下砂质海床上管道侧向失稳过程中的水动力荷载、管土相互作用等多种影响因素的耦合机制。[方法]采用自主设计搭建的机械加载试验装置开展多类型模型试验,在管道两端防止滚动与自由运动两种约束条件下,探究海底管道侧向失稳的物理机制,分析海底管道水下重力、管土摩擦因数、管道初始嵌入深度比、不同砂质土壤、端部约束条件等对极限侧向土阻力、侧向土阻力系数的影响。[结果]侧向土阻力随海底管道水平位移的增加而逐渐增大,并最终达到极限值;侧向土阻力系数随管道水下重力的增加而逐渐减小,最终趋于稳定值;防滚管道的侧向土阻力系数随摩擦因数的增大而增大,自由管道的摩擦因数对侧向土阻力系数的影响较小;防滚管道的侧向土阻力系数远大于管道两端自由的工况;防滚管道的初始嵌入深度比对管道出现最大沉降量及发生极限侧向土阻力的位置具有重要影响。[结论]海流作用下的管土相互作用是海流-管道-海床之间的动力耦合,明确了海流荷载作用下管道侧向失稳过程中极限侧向土阻力发展规律,可为海底管道的设计、敷设及安全运行提供技术支撑。(图11,表1,参31)