滩海埋地天然气管道抗浮计算与试验研究

【摘要】：滩海管道是海洋油气运输至陆地的一个必要输送环节,目前已得到了广泛的应用。为保证石油天然气在输送过程中管道的安全性及减少其运输成本,确定管道所承受的环境载荷对管道抗浮、强度以及变形的计算分析是极其重要的。在静水压力作用下,滩海管道可能因海水浮力的影响而面临漂管问题。目前主要采用数值计算方法分析其抗漂浮力,尽管计算方法较优,但由于相关理论资料不全,较难准确确定其边界条件。为此本文对滩海埋地天然气管道的抗漂浮以及应力变形规律等问题进行研究。参考隧道最小岩石覆盖层厚度以及最小覆土厚度计算理论,分析相应管道最小埋深计算理论。通过管道抗浮计算理论推导了滩海管道抗漂浮力学计算模型,得出了在不同摩擦角、凝聚力下管道最小埋深临界值。运用改进的理论计算方法针对曹妃甸三块滩海区域进行计算分析,得出一系列管道最小埋深临界值。建立管道三维有限元优化计算模型,采用数值计算的方法针对管道最小埋深问题进行了较为具体的模拟计算分析,得出改进理论方法在计算土体塑性破坏所需考虑的比列系数。为研究滩海埋地天然气管道在一定埋深下的变形及应力规律,本文搭建了埋地管道物理实验平台,先后设计并进行了滩海埋地天然气管道相似试验,模拟在预定工况下滩海管道的变形过程及应力变化规律。并建立了相应的有限元计算模型,将实验结果与有限元数值计算结果进行对比分析,得出了管道在一定埋深下的应力及变形规律,为管道实际工程建设提供参考。 【关键词】：滩海管道 抗浮计算理论 最小埋深计算 有限元 管道相似实验 应力计算
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE973.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 最小岩石覆盖厚度计算方法10-12
• 1.2.2 抗浮设计的理论研究12
• 1.2.3 抗浮设计的数值模拟研究12-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 1.4 技术路线15-16
• 第2章 管道抗浮基本计算理论16-25
• 2.1 管道上浮机理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 改进土柱法17-18
• 2.2.3 普式理论法18-20
• 2.2.4 比鲍尔曼理论法20
• 2.3 管道的抗浮效应20-21
• 2.4 最小覆土厚度计算方法21-23
• 2.4.1 不考虑土体的粘聚力21
• 2.4.2 考虑上覆土的摩擦阻力21-22
• 2.4.3 考虑上覆土体的反向压缩22-23
• 2.4.4 河床冲刷深度23
• 2.5 本章小结23-25
• 第3章 滩海管道抗浮理论计算及数值模拟分析25-40
• 3.1 滩海管道最小埋深计算25-28
• 3.1.1 管道简化最小埋深计算方法25-27
• 3.1.2 改进的管道最小埋深计算方法27-28
• 3.2 管道抗浮临界计算28-30
• 3.3 滩海管道实例计算30-33
• 3.4 管道抗浮最小埋深数值计算33-39
• 3.4.1 管土有限元优化计算原理33-34
• 3.4.2 有限元模型的建立34-36
• 3.4.3 数值计算结果分析36-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 管土相似实验40-59
• 4.1 相似原理简介40-42
• 4.2 埋地塑料管道压缩试验42-47
• 4.3 埋地管道测量实验47-54
• 4.4 土样土工试验54-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 实验管道与滩海管道有限元分析59-73
• 5.1 一般埋地管道的受力分析59-62
• 5.1.1 垂直土压力的计算59-60
• 5.1.2 水平土压力的计算60-61
• 5.1.3 管道简单的抗浮计算61-62
• 5.2 埋地管道实验模拟分析62-70
• 5.3 实际管道模拟分析70-72
• 5.3.1 工程概况70-71
• 5.3.2 模拟结果分析71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士期间取得的学术成果77-78
• 致谢78

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