一種評價波浪作用下砂土對埋置海底管線抗力的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋工程技術(shù)領域，尤其涉及一種評價波浪作用下砂土對埋置海底管線抗力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為滿足生產(chǎn)工藝的要求，埋置海底管線內(nèi)熔物在運輸過程中需要施加一定的壓力并升高溫度，使鋼管中產(chǎn)生附加應力。當海底管線埋置于地基土體內(nèi)時，地基土體對管線的抗力使得管線無法自由變形并釋放內(nèi)部應力，隨著附加應力的不斷累積，當其超過地基土體的抗力作用時，管線就會發(fā)生突然變形而使內(nèi)部應力得到釋放，這種屈曲劇變可直接導致管線材料的屈服以及土體破壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本申請?zhí)峁┮环N評價波浪作用下砂土對埋置海底管線抗力的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中當其超過地基土體的抗力作用時，管線就會發(fā)生突然變形而使內(nèi)部應力得到釋放，導致管線材料的屈服以及土體破壞的技術(shù)問題。
[0004]本申請?zhí)峁┮环N評價波浪作用下砂土對埋置海底管線抗力的方法，所述方法包括:
[0005]獲取砂土試樣，并測定所述砂土試樣的物理參數(shù)；
[0006]采用干裝法將所述砂土試樣制備為不同相對密實度的土體試樣；
[0007]對所述不同相對密實度的土體試樣中的每種相對密實度的土體試樣，選定不同的初始靜應力比、對所述土體試樣施加不同的動循環(huán)應力比，并控制所述動循環(huán)的次數(shù)和加載時間，獲得動應力-應變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強度的變化規(guī)律曲線；
[0008]根據(jù)所述動應力-應變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強度的變化規(guī)律曲線，建立砂土動強度-變形以及孔隙水壓力增長模式理論模型；
[0009]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)值計算模型，并對管線分別施加水平和豎直向作用力，進而根據(jù)荷載位移關(guān)系，獲得砂質(zhì)海床對埋置海底管線的約束作用力大小。
[0010]優(yōu)選地，所述物理參數(shù)包括最大最小孔隙比(e_，e_)，顆粒級配曲線和比重(Gs)o
[0011]優(yōu)選地，所述不同相對密實度的土體試樣具體包括相對密實度Dr為0.6,0.7、
0.8、0.9 土體試樣，其中，Dr = (emax-e)/(emax_emin)，所述e為孔隙比，所述emax為所述砂土試樣的最大孔隙比，所述e_為所述砂土試樣的最小孔隙比。
[0012]優(yōu)選地，所述不同的動循環(huán)應力比具體包括動循環(huán)應力比。d/ σ 3為0.3、0.4、0.5和0.6，所謂的動循環(huán)應力比是指周期荷載中的峰值應力與圍壓的比值。
[0013]優(yōu)選地，所述對所述不同相對密實度的土體試樣中的每種相對密實度的土體試樣，選定不同的初始靜應力比、對所述土體試樣施加不同的動循環(huán)應力比，并控制所述動循環(huán)的次數(shù)和加載時間，獲得動應力-應變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強度的變化規(guī)律曲線，具體為:
[0014]對所述相對密實度Dr為0.6、0.7、0.8、0.9 土體試樣，初始靜應力為0.15、0.3、0.5和0.7，對所述土體試樣施加對動循環(huán)應力比σ d/ σ 3為0.3、0.4、0.5和0.6，進行64組空心扭剪三軸試驗，并通過控制動循環(huán)應力次數(shù)和加載時間，以獲得動應力-應變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強度的變化規(guī)律曲線。
[0015]本申請有益效果如下:
[0016]上述方法通過獲取砂土試樣，制備不同相對密實度的土體試樣，對所述不同相對密實度的土體試樣中的每種相對密實度的土體試樣，選定不同的初始靜應力比、對所述土體試樣施加不同的動循環(huán)應力比，并控制所述動循環(huán)的次數(shù)和加載時間，獲得動應力-應變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強度的變化規(guī)律曲線，根據(jù)所述動應力-應變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強度的變化規(guī)律曲線，建立砂土動強度-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)值計算模型，并對管線分別施加水平和豎直向作用力，進而根據(jù)荷載位移關(guān)系，獲得砂質(zhì)海床對埋置海底管線的約束作用力大小，為海底埋置管線設計和穩(wěn)定性評價提供基礎理論方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中當其超過地基土體的抗力作用時，管線就會發(fā)生突然變形而使內(nèi)部應力得到釋放，導致管線材料的屈服以及土體破壞的技術(shù)問題。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例。
[0018]圖1為本申請較佳實施方式一種評價波浪作用下砂土對埋置海底管線抗力的方法的流程圖；
[0019]圖2為波浪荷載作用下海床土體中的動主應力軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)的應力加載方式示意圖。
【具體實施方式】
[0020]本申請實施例通過提供一種評價波浪作用下砂土對埋置海底管線抗力的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中當其超過地基土體的抗力作用時，管線就會發(fā)生突然變形而使內(nèi)部應力得到釋放，導致管線材料的屈服以及土體破壞的技術(shù)問題。
[0021]本申請實施例中的技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，總體思路如下:
[0022]通過獲取砂土試樣，制備不同相對密實度的土體試樣，對所述不同相對密實度的土體試樣中的每種相對密實度的土體試樣，選定不同的初始靜應力比、對所述土體試樣施加不同的動循環(huán)應力比，并控制所述動循環(huán)的次數(shù)和加載時間，獲得動應力-應變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強度的變化規(guī)律曲線，根據(jù)所述動應力-應變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強度的變化規(guī)律曲線，建立砂土動強度-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)值計算模型，并對管線分別施加水平和豎直向作用力，進而根據(jù)荷載位移關(guān)系，獲得砂質(zhì)海床對埋置海底管線的約束作用力大小，為海底埋置管線設計和穩(wěn)定性評價提供基礎理論方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中當其超過地基土體的抗力作用時，管線就會發(fā)生突然變形而使內(nèi)部應力得到釋放，導致管線材料的屈服以及土體破壞的技術(shù)問題。
[0023]為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術(shù)方案進行詳細的說明。
[0024]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中當其超過地基土體的抗力作用時，管線就會發(fā)生突然變形而使內(nèi)部應力得到釋放，導致管線材料的屈服以及土體破壞的技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┮环N評價波浪作用下砂土對埋置海底管線抗力的方法。如圖1所示，所述方法包括以下步驟:
[0025]步驟S110:獲取砂土試樣，并測定所述砂土試樣的物理參數(shù)。所述物理參數(shù)包括最大最小孔隙比(e_，e_)，顆粒級配曲線和比重(Gs)等。
[0026]步驟S120:采用干裝法將所述砂土試樣制備為不同相對密實度的土體試樣。
[0027]所述干裝法是指將干燥砂土采用自由下落方式在三軸試驗模具中進行成樣，采用該方法制備的砂土試樣顆粒排列最接近土體的真實排列狀態(tài)。
[0028]所述不同相對密實度的土體試樣具體包括相對密實度Dr為0.6、0.7、0.8、0.9 土體試樣。其中，Dr = (emax-e)/(emax_emin)，所述e為孔隙比；所述emax為所述砂土試樣的最大孔隙比，可通過擊實法測量獲得；所述e-為所述砂土試樣的最小孔隙比，可通過量筒法測量獲得。通過目標相對密實度Dr和最大孔隙比e_、最小孔隙比e_，土顆粒比重Gs以及三軸試樣的體積V，可以獲得所需土體試樣的質(zhì)量m，m = (Gs/ (l+emax-Dr (emax-emin)))V，進而制備特定相對密實度下的土體試樣。
[0029]步驟S130:對所述不同相對密實度的土體試樣中的每種相對密實度的土體試樣，選定不同的初始靜應力比、對所述土體試樣施加不同的動循環(huán)應力比，并控制所述動循環(huán)的次數(shù)和加載時間，獲得動應力-應變的變化規(guī)律曲線、循環(huán)強度的變化規(guī)律曲線。
[0030]所述不同的初始靜應力比包括初始靜應力比。為0.15、