[发明专利]一种钢悬链线立管触地点区域形成的沟槽分析方法

说明书

本发明公开了一种钢悬链线立管触地点区域形成的沟槽分析方法：确定加速形成沟槽的非线性土壤参数的建议取值；根据加速形成沟槽的非线性土壤参数的建议取值，计算不同工况下的沟槽形状，回归分析沟槽形状公式，确定沟槽形状公式。本发明可以实现钢悬链线立管触地点区域形成的沟槽分析；通过管土作用下沟槽形成的数值模拟，提出一个包含具体系数建议取值的沟槽快速形成方法；提出一个基于有限元计算的沟槽形状回归公式，从而进行沟槽对立管触地区域的疲劳分析。

技术领域

本发明涉及一种分析方法，更具体的说，是涉及一种钢悬链线立管触地点区域形成的沟槽分析方法。

背景技术

悬挂在平台和海底设施之间的钢管组成了钢悬链线立管，立管的形状为悬链形，利用柔性接头在平台外侧自由悬挂与平台相链接，免去了传统的液压气动张紧和跨接两个装置，使平台空间更加充足。钢悬链线立管的优点在于成本花费低，漂移和升沉运动的容度对于浮式平台来讲更大，完全不用顶张力补偿，更加适合在高压，高温的介质环境中工作，相比之下，对于深水作业环境钢悬链线立管相比柔性立管与顶张力立管优势明显，是一种深水中的典型立管类型。

触地点是立管最先与海床发生接触的位置，它是悬垂段和流线段的交点。上部浮体在海浪的作用下带动立管发生运动时，触地点一侧的悬空管道会逐渐与海床土体发生接触，整个接触过程中将会产生新的触地点，触地点位置变化的同时也形成了一条具有一定长度的区域，称为触地区。由于触地区内频繁的管土相互作用，将会产生较大的弯曲应力，更容易引起疲劳破坏。因此应该着重研究立管与海床在触地区的相互作用。

钢悬链线立管在触底区域与土体的频繁作用会导致土体的刚度发生衰减，土体进行塑性变形和液化，随后海水会将触地区域内液态的土体冲出并逐渐形成沟槽。开展海床沟槽的基础理论研究对钢悬链线立管的设计与疲劳分析有着十分重要的意义。由于沟槽形成过程中不确定性因素过多，土体对立管的阻力与吸力作用更为复杂，因此沟槽对钢悬链线立管在触地区域的动力响应影响极大。若要开展钢悬链线立管在触地区域的相关问题研究，则必须要研究沟槽对管土作用的影响，对沟槽的形成过程进行研究。

采用常规方法模拟沟槽的计算时长太大，因此需研究不同参数对沟槽形状的影响，并提出加速形成沟槽的参数建议取值，以确定快速形成沟槽的方法。

沟槽的形状会根据环境载荷的不同而发生改变，但需推导一种具有普遍性的沟槽形状公式，以便能够在进行钢悬链线立管设计时直接分析沟槽对立管的疲劳影响，完善立管的整体设计流程。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种钢悬链线立管触地点区域形成的沟槽分析方法，从而可以实现钢悬链线立管触地点区域形成的沟槽分析；通过管土作用下沟槽形成的数值模拟，提出一个包含具体系数建议取值的沟槽快速形成方法；提出一个基于有限元计算的沟槽形状回归公式，从而进行沟槽对立管触地区域的疲劳分析。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的钢悬链线立管触地点区域形成的沟槽分析方法，包括以下步骤：

步骤一，确定加速形成沟槽的非线性土壤参数的建议取值：

1)用Orcaflex建立钢悬链线立管、浮体和海床系统的模型，即立管-沟槽模型；

2)采用控制变量的方式对非线性土壤参数进行研究，每一种计算工况相比基础工况只改变非线性土壤参数中的一个有效参数，通过对比计算结果确定非线性土壤参数对沟槽形状的影响；其中，非线性土壤参数包括吸力比例系数f_suc、再嵌入系数λ_rep、吸力衰减系数λ_suc；

3)在非线性土壤参数不同取值的计算工况下，分别对立管-沟槽模型进行动力响应分析，提取沟槽嵌入深度的数值，根据嵌入深度的最大值选取非线性土壤参数的最佳值，作为加速形成沟槽的非线性土壤参数的建议取值；