[01923458]海底油气管道风险评价技术研究

加快开发海洋油气资源是我国建设海洋强国的重大战略举措。海底管道是海洋油气生产系统的生命线，其穿越不同水深和海床地貌，遭遇多种海洋环境载荷作用，结构安全面临严峻的挑战。课题组揭示了诱发海底管道悬空的土体渗透侵蚀破坏机制，获得了近床面管道涡激振动幅频响应随约减速度的发展演化规律；建立了剪切流和波流耦合作用下管道涡激振动临界触发约减速度公式；获得了管道涡激振动与土体冲刷的流固土耦合规律。阐明了升、降流速作用下涡激振动迟滞效应机理并进行了量化表征，并发展了考虑迟滞效应的海底管道临界悬跨长度预测方法。针对涡激振动引发管道产生疲劳裂纹甚至断裂，提出了悬跨管道超高周疲劳寿命预测方法，发现疲劳寿命随悬跨长度和海流速度呈现非线性变化。

海底长输管道在介质温压作用下的整体屈曲行为是导致海底管道失效断裂的主要原因之一，也是海管安全设计不可回避的主要内容之一。管道的整体屈曲是一个受到海管结构刚度、初始形状、埋深、水动力条件以及海床力学特性及其空间分布的变异性的共同影响的复杂过程，对该过程进行预测需要正确地模拟海床地基、水动力环境以及管道结构内力对海底管道的多方向联合作用。研究团队开发了用于预测海底管道侧向整体屈曲过程的“海底管道侧向整体屈曲形态计算分析软件”。该软件用于模拟部分嵌入海床的海底长输管道在温度缓慢升高过程中的变形状态，目前已经应用于对均匀和非均匀海床上管道屈曲行为的科学研究。该成果在海底管道工程设计领域具有较高的应用潜力和市场价值。

在深水海底管道多模式失稳竞争机理与临界判据方面，针对海流载荷下管道侧向在位失稳与冲刷悬空的竞争机制难题，构建了结构绕流-海床渗流-土体多孔弹塑性的多场耦合模型，实现了管道运动与土体渗流失稳的协同演化模拟，揭示了二者的竞争机制。当管道嵌入海床深度低于临界阈值时，土体内部渗流破坏主导诱发管道悬空失稳；当嵌入深度超过阈值时，土体承载力主导，侧向滑移失稳成为主控模式。该成果突破了传统单模式分析局限，定量揭示了嵌入深度对管道失稳模式的调控规律，建立了基于临界深度判据的在位失稳模式预测方法。研究团队针对典型波流载荷(包括规则波、随机波、破碎波及波流耦合作用)下的海床瞬态孔压响应进行了系统性研究，构建了较为完备的理论分析体系；科学揭示了瞬态液化的物理机理，提出了修正的液化判别准则，发展了考虑相位滞后效应的海床瞬态液化深度预测理论；厘清了波浪作用下粉质海床孔压发展与累积液化机理，获得了海床液化引起的埋设管道垂向升沉运动的响应规律，提出了预测海床累积液化势的近似解。以上关于粉砂质海床液化动力学的相关研究可为海洋工程设计提供预测海床液化势/液化深度的科学方法。