[发明专利]一种直埋海缆去保护工作的射流设备的确定方法

说明书

本发明提出了一种直埋海缆去保护工作的射流设备的确定方法，通过试验方法对直埋海缆去保护工作的土体土壤物理特性进行测定，并基于水射流技术建立直埋海缆去保护工作的射流冲蚀仿真模型，不仅考虑到了直埋海缆在去保护工作中的土体和水域工况以及射流关键参数，还对水射流冲蚀的直埋海缆进行了受力分析，避免高速射流对海缆产生二次破坏；本发明通过对直埋海缆在不同工况下的射流破土仿真结果的分析，实现对关键射流参数的准确确定，对射流设备选型与参数设计提供了准确可靠的依据。

技术领域

本发明属于海底电缆工程技术领域，涉及海缆抢修设备的确定方法。

背景技术

海底电缆简称海缆，是海上风电输送并网、跨海域国际电网互联、海岛及海洋工程供电的重要组成部分。海缆在海底受到自然因素与人为因素容易导致破坏，海缆破坏会造成电网低频事故，极易造成大面积停电，所以海缆抢修工作需要在最短的时间内完成，以免对经济、生活等造成严重影响。海缆抢修主要分为四个部分，分别是海缆覆盖物清理、海缆水下切割、海缆打捞和海缆回放。直埋海缆覆盖物清理的去保护工作主要是针对深水区冲埋段海缆，冲埋段海缆的覆盖物多为土体。直埋海缆覆盖物清理的去保护工作中，通过射流设备对直埋海缆上方保护层进行射流冲蚀的方式是最高效、经济与安全的方法，利用射流冲蚀土体，暴露出海缆，便于后续切割工作的开展。

目前，在直埋海缆的去保护工作中，射流设备的选择主要有两种方法：一是依靠经验对设备进行选型，这种方法没有准确的理论依据，往往造成选型不合理，导致资源的严重浪费；二是通过试运行实验的方法确定设备型号，由于射流作用土体的时间短，水体浑浊，射流过程中信息获取较为困难，只能得到最终射流去保护结果，很难对其进行机理性分析，实验结果对实际施工的指导意义不大，造成不必要施工的成本。

发明内容

为了解决背景技术中所述的问题，本发明提出了一种直埋海缆去保护工作的射流设备的确定方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤一、测定直埋海缆去保护工作段土体的土壤物理特性，包括：比重、密度、含水率、体积模量、剪切模量、摩擦角、黏聚力、临界破坏压力；

步骤二、根据土壤物理特性和土体射流破坏的必要条件：射流在土体表面半宽范围内的平均作用力大于土体的临界破坏压力，初步估计射流关键参数，包括：喷嘴出口的速度v₀、喷嘴出口直径d、水射流的靶距L；

步骤三、依据初步估计射流关键参数，在ANSYS中建立直埋海缆射流破土模型，划分网格，并导出K文件；

步骤四、在LS_PREPOST中对K文件进行修改，使用ALE算法，定义材料、边界条件、接触、载荷、控制方程，得到修正K文件；

步骤五、将修正K文件导入到LS_DYAN中进行求解分析，得到仿真模型；

步骤六、在LS_PREPOS中对仿真模型进行后处理，得到直埋海缆去保护工作的仿真结果；

步骤七、对仿真结果进行分析，若满足直埋海缆去保护工作的要求，则将步骤二初步估计射流关键参数作为准确的射流关键参数，若不满足直埋海缆去保护工作的要求，则调整初步估计的射流关键参数，重新执行步骤三至步骤六，直至确定准确的射流关键参数；

步骤八、根据准确的射流关键参数确定射流设备参数，包括：水泵扬程、射流直径、喷嘴安装方式、水泵的选型，指导射流设备选型与参数设计。

进一步地，所述步骤一中，土壤物理特性的测定中，比重采用比重瓶法进行测定，密度采用环刀法进行测定，含水率采用烘干法进行测定，剪切模量和体积模量使用触探仪及K₀固结实验进行测定，摩擦角和黏聚力采用直剪实验进行测定，临界破坏应力通过三轴压缩实验进行测定。

更进一步地，所述步骤二中，射流在土体表面半宽范围内的平均作用力为：