海底管道冲刷及波浪力试验研究
海底管道作为一种从近岸平台向陆地输送油气的载体，由于其输送连续、输送量大、管理方便等优点，在海洋工程中得到了广泛的应用。然而，海底管道所处的海洋环境一般非常恶劣，造成海底管道失效的外部环境因素有海床土壤、潮流、风暴、波浪、涡漩、地震、浮冰、锚击等<'[1]>。在波浪、潮流等水动力作用下，管道附近底沙极易发生冲刷掏蚀，从而导致部分海底管道段悬空。悬跨段由于涡激振动等作用会产生疲劳破坏造成管道断裂，引发原油外漏等海上重大安全事故。外部水动力作用下管道附近海床冲刷造成管道破坏等问题越来越引起海洋能源企业的高度重视，是管道设计、施工以及预测其稳定性的一项重要研究内容。对海底管一土相互作用的局部复杂问题的研究对学术界是一个挑战，在工程上也有极高的指导作用。
波浪场中海底管道周围冲刷及波浪力机理复杂，现有研究对其认识还不十分清楚，不同条件下相关规律的研究有待深入。粘质海床上的管道稳定性问题仍没得到解决。本文基于大型水槽试验，模拟黄河三角洲海床，从波浪-管道-海床相互作用的机理认识出发，对粉砂质粘土底床上，裸置与埋置于海底一定深度两种状态下，海底管道周围局部冲刷及波浪力进行研究分析。同时验证关于平衡冲刷深度和波浪力计算的相关模型。
试验研究结果表明：管道下底床冲刷存在一个平衡冲刷深度。当冲刷达到平衡状态时，冲刷最深的位置在管道正下方，冲刷深度由管道两侧向较远处先变浅又变深。在管道上游侧存在一个冲淤平衡点。冲刷坑在管道上游侧坡度较陡，在管道下游侧坡度较缓。对管道下游侧的底床冲刷，当接近平衡状态时，继续冲刷对以前冲刷地形有修复作用。管道下冲刷管涌的出现对波浪力的影响最大，当管道下未被掏空时波浪力为正向力，随着淘空隧道的扩大负向力表现越来越明显，当管道下冲刷达到平衡状态时波浪力表现为负向力。计算附着在海床上的海底管道所受波浪力，不宜用莫里森方程。
海底管道;模型试验;冲刷;波浪力;莫里森方程;原油外漏
中国海洋大学
硕士
海洋地质学
李广雪
2007
中文
TE973.92;P756.2
61
2007-08-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）