砂土中埋设管线竖向抗拔特性研究

张 辉，于 龙，王 博，纪梦瑶，李 冰

(大连理工大学 建设工程学部，辽宁 大连116024)

海洋埋设管线屈曲破坏已成为危及管线运行和稳定性的重要课题[1]。为了降低运输的难度和避免石蜡分馏引起的固化，原油必须在高温高压下运输。正常工作条件下，管线内的温度一般会高于管线周围的环境温度。油气输运和暂停导致管线温度变化，此时在温度应力作用下会产生与管线铺设方向垂直的附加应力，一旦作用在管线上的上覆土压力小于此附加应力，管线就会发生运动。对于全埋式管线来说_，竖直方向土抗力要远远小于水平向土体抗力，而管线更倾向于向约束力较小的方向发生变形，所以本文只考虑管线的竖向屈曲情况。

目前对管线抗拔力主要采用数值分析和模型试验的方法进行研究。1986年 Boer等[2]研究了高温输油条件下埋设在砂砾石中管线的屈服破坏现象，将试验模型简化为平面应变问题，通过试验得到了管线在埋深为0.8 m时的位移和力的关系曲线。1990年，Schaminée等[3]进行了竖向运动时管线与土相互作用的模型试验研究。结果表明，最初开始上拔时土体的抗拔力急剧增加，然后在很短的时间内达到峰值，随后抗拔力趋于稳定。1997年 Croll等[4]研究了海底管线热屈曲的简化模型。此后，刘润[1]、Dickin[5]、Schupp[6]、Taylor[7]、Bransby 等[8]、Pedersen等[9]进行了管线上拔模型试验或者数值模拟试验，在此基础上得到管线的抗拔力。然而，以往的研究中给出的理论推导以及试验数据大都不尽相同，有的甚至有很大的差异，究其原因，主要在于研究者对砂土与管线的相互作用机理认识不同。……