《海管浮重對砂床局部沖刷擴展的影響研究》是依託中國科學院力學研究所，由李磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：海管浮重對砂床局部沖刷擴展的影響研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李磊
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬針對海管-砂床局部沖刷過程中海管浮重載荷的影響規律這一關鍵問題，以沖刷實驗中砂床的孔壓分布演化及統計特徵為切入點，探討海管浮重對砂粒臨界起動及沖刷擴展形態的影響。具體而言，本項目擬通過分散式孔壓動態測量系統與高速PIV系統，對海管浮重作用下的砂床孔隙水壓分布在沖刷過程中的演化趨勢以及沖刷平衡時床面附近的流場進行精細測量；並以測量數據為基礎，結合土力學理論方法得到的砂床內應力分布狀況，討論砂粒間的相互作用力方式，並討論沖刷坑床面上砂粒臨界起動的條件變化，結合實測的床面形態與水流切應力，給出海管浮重作用下的砂粒臨界起動判據修正形式，最終提供預測海管浮重作用下的砂床局部沖刷擴展預測模型。為此類研究的發展和套用提供基礎數據與有效思路。
結題摘要
海底管道（下文簡稱海管）附近砂床的局部沖刷是一種常見而又複雜的環境現象，其導致的海管懸跨可能會引起海管斷裂，釀成巨大的經濟損失與環境災難。 1.套用土力學和泥沙運動理論，修正了外載荷作用下的泥沙臨界起動判據。與傳統的泥沙起動不同，載荷作用下的泥沙起動除需要克服自重外，還需要克服臨近沙粒附加應力作用導致的摩擦力。根據土體內附加應力的空間分布特點，提出了簡化海管跨肩載荷的方式。 2.建立了海管下方底床的三維沖刷擴展模型。模型能夠預測海管浮重作用下底床的沖刷擴展平衡跨度和坡度。沖刷跨度隨來流速度和海管長細比的增大而增大，隨水深的增大而減小。沖刷坡度隨來流速度的增大先減小，達到最大沖刷深度後逐漸增大。根據番禺氣田的泥沙和水深實測參數，模型預測出與實測相吻合的沖刷坡度值。結合相關實驗研究結論，實際的沖刷坡度應當遠小於泥沙自然休止角。 本研究為工程上預測海管下方的最大沖刷深度和跨度這兩個重要的環境條件參數提供了便捷、高效的預測方法，分析並澄清了沖刷擴展坡度大小的問題。
