灘海埋地天然氣管道抗浮計算與試驗研究

【摘要】：灘海管道是海洋油氣運輸至陸地的一個必要輸送環(huán)節(jié),目前已得到了廣泛的應用。為保證石油天然氣在輸送過程中管道的安全性及減少其運輸成本,確定管道所承受的環(huán)境載荷對管道抗浮、強度以及變形的計算分析是極其重要的。在靜水壓力作用下,灘海管道可能因海水浮力的影響而面臨漂管問題。目前主要采用數(shù)值計算方法分析其抗漂浮力,盡管計算方法較優(yōu),但由于相關理論資料不全,較難準確確定其邊界條件。為此本文對灘海埋地天然氣管道的抗漂浮以及應力變形規(guī)律等問題進行研究。參考隧道最小巖石覆蓋層厚度以及最小覆土厚度計算理論,分析相應管道最小埋深計算理論。通過管道抗浮計算理論推導了灘海管道抗漂浮力學計算模型,得出了在不同摩擦角、凝聚力下管道最小埋深臨界值。運用改進的理論計算方法針對曹妃甸三塊灘海區(qū)域進行計算分析,得出一系列管道最小埋深臨界值。建立管道三維有限元優(yōu)化計算模型,采用數(shù)值計算的方法針對管道最小埋深問題進行了較為具體的模擬計算分析,得出改進理論方法在計算土體塑性破壞所需考慮的比列系數(shù)。為研究灘海埋地天然氣管道在一定埋深下的變形及應力規(guī)律,本文搭建了埋地管道物理實驗平臺,先后設計并進行了灘海埋地天然氣管道相似試驗,模擬在預定工況下灘海管道的變形過程及應力變化規(guī)律。并建立了相應的有限元計算模型,將實驗結果與有限元數(shù)值計算結果進行對比分析,得出了管道在一定埋深下的應力及變形規(guī)律,為管道實際工程建設提供參考。 【關鍵詞】：灘海管道 抗浮計算理論 最小埋深計算 有限元 管道相似實驗 應力計算
【學位授予單位】：中國石油大學(華東)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TE973.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題背景9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 最小巖石覆蓋厚度計算方法10-12
• 1.2.2 抗浮設計的理論研究12
• 1.2.3 抗浮設計的數(shù)值模擬研究12-14
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 1.4 技術路線15-16
• 第2章 管道抗浮基本計算理論16-25
• 2.1 管道上浮機理16
• 2.2 管道上覆土的抗浮特性16-20
• 2.2.1 重力分析法16-17
• 2.2.2 改進土柱法17-18
• 2.2.3 普式理論法18-20
• 2.2.4 比鮑爾曼理論法20
• 2.3 管道的抗浮效應20-21
• 2.4 最小覆土厚度計算方法21-23
• 2.4.1 不考慮土體的粘聚力21
• 2.4.2 考慮上覆土的摩擦阻力21-22
• 2.4.3 考慮上覆土體的反向壓縮22-23
• 2.4.4 河床沖刷深度23
• 2.5 本章小結23-25
• 第3章 灘海管道抗浮理論計算及數(shù)值模擬分析25-40
• 3.1 灘海管道最小埋深計算25-28
• 3.1.1 管道簡化最小埋深計算方法25-27
• 3.1.2 改進的管道最小埋深計算方法27-28
• 3.2 管道抗浮臨界計算28-30
• 3.3 灘海管道實例計算30-33
• 3.4 管道抗浮最小埋深數(shù)值計算33-39
• 3.4.1 管土有限元優(yōu)化計算原理33-34
• 3.4.2 有限元模型的建立34-36
• 3.4.3 數(shù)值計算結果分析36-39
• 3.5 本章小結39-40
• 第4章 管土相似實驗40-59
• 4.1 相似原理簡介40-42
• 4.2 埋地塑料管道壓縮試驗42-47
• 4.3 埋地管道測量實驗47-54
• 4.4 土樣土工試驗54-58
• 4.5 本章小結58-59
• 第5章 實驗管道與灘海管道有限元分析59-73
• 5.1 一般埋地管道的受力分析59-62
• 5.1.1 垂直土壓力的計算59-60
• 5.1.2 水平土壓力的計算60-61
• 5.1.3 管道簡單的抗浮計算61-62
• 5.2 埋地管道實驗模擬分析62-70
• 5.3 實際管道模擬分析70-72
• 5.3.1 工程概況70-71
• 5.3.2 模擬結果分析71-72
• 5.4 本章小結72-73
• 結論73-74
• 參考文獻74-77
• 攻讀碩士期間取得的學術成果77-78
• 致謝78

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