地震时海底悬跨管道动力特性试验研究

铺设在地震活跃区域的海底管道可能在地震荷载作用下发生破坏。利用水下振动台研究了海底悬跨管线在地震作用下的动力反应。试验中考虑了地震波输入方向、管道端部支撑情况、悬跨高度、悬跨长度和管内是否有水等因素。完成了这些因素组合的120组试验，得到海底悬跨管道动力响应特性。试验结果表明水中管道与陆地悬空管道的动力反应存在明显差别；悬跨长度是控制管道反应的关键，水平地震输入对管道反应起控制作用，海底悬跨管道在地震作用下的反应与受波和流作用下的反应也存在差别。     

波流作用时海底悬跨管道水动力试验研究

利用造波机研究了波浪作用下海底悬空管道在恒定水流中的动力反应。试验中考虑了水流速度、悬空段长度、波浪高度、水深、管内是否有水等因素,得到海底悬跨管道的动力响应特性。试验结果表明:控制悬空段长度是控制海底悬跨管道动力反应的决定因素;悬跨管道上各测点的最大应变随着水深的增加而减小;管道的动力响应随着波浪高度的增大而减小;管道在管内无水时的动力反应要大于管内有水时的情况。海底悬跨管道在波流作用下的反应与受地震作用下的反应也存在差别。更多还原     

往复流作用下海底管线冲刷模拟研究

海底管线冲刷悬空是诱发管道涡激振动破坏的一个主要原因。为更好地对管线冲刷悬空情况进行评估,本文应用水动力-泥沙冲刷耦合模型,对往复潮流作用淤泥质海床海底管线局部冲刷过程进行了模拟研究,模型采用标准k-ε紊流方程对N-S方程进行封闭,控制方程采用有限差分法进行离散,模拟结果表明,双向潮流作用下,管道局部冲刷轮廓基本呈现对称状态,其最大冲刷深度位置因水流流速的转向而有所摆动,往复流引起的冲刷深度较恒定流情况减小约20%左右。     

波流共同作用下近底子母管线的水动力特征

棋于波－流相互作用理论和模型试验，对海底子母管这一特殊结构型式的规则波、特别是在不规则波与流共同作用下的水动力特征进行了系统研究。采用“变径法”分析得到了母管系统的正向力的水动力系数，它们与ＫＣ数的良好的相关性。不规则波与规则波的对比试验显示两者的水动力系数在９０＞ＫＣ＞２０范围内可得到统一。试验着重分析了水深因子的影响，给出的ＣＤ、ＣＭ－ＫＣ关系曲线，可供工程设计参考。     

海底悬跨管道在波流和地震联合作用时的模型试验研究

利用波浪-水流-地震联合模拟试验系统,研究了在波浪、水流和谐波地震荷载单独作用或联合作用时海底悬跨管道的动态响应特征。通过试验采集的加速度和动水压力数据分析了管道的悬跨长度、管内状态、外界荷载组合对于管道基频以及动力响应的影响规律。结果表明:随着悬跨长度的增加,管道自振频率减小且管道的动力响应显著增大;水流流速、波浪高度和周期在一定范围的增大会引起管道动力响应增大;三种荷载联合作用于管道时的动力响应大于荷载单独作用,且地震荷载起主要作用,波浪、水流荷载起次要作用。     

海底输水管道中气阻及水击问题研究进展

针对海底输水管道工程中存在的对输水目标不利的驼峰气阻和水击问题,引入气泡理论和流态分析方法计算分析跨海输水管道中驼峰气阻的形成过程,采用特征线法建立输水管道中加压泵事故断电引发的水击计算模型,介绍了海底输水管道中的水击防护措施,指出空气罐在海底输水系统中有特殊的优势,和管道一体化后可实现海底封闭式供水,描述了空气罐的数学模型。认为海底管线布置应尽量保证地形平缓,应充分重视空气罐防护技术,它们是实现海底输水管道安全运行的关键。     

导流板对海底管道绕流影响的数值模拟与试验研究

采用试验研究和数值模拟相结合的方法为对海底管道添加导流板后的绕流特性进行了研究。数值模型利用有限体积法进行离散,湍流模型采用标准kε湍流模型。通过对比分析,数值模拟结果与试验结果吻合较好。同时对不同间隙比下导流板对迎流面前驻点、流速分布、管道表面压力分布、升阻力系数及床面剪应力的影响进行了分析,为海底管道冲刷及防护技术的进一步研究奠定了基础。     

明满流过渡的数值模拟及工程应用

为了模拟明流到满流的过渡过程，利用ＨｙｄｒｏＩｎｆｏ水利信息系统软件、采用圣维南方程组和Ｐｒｅｉｓｓｍａｎｎ狭缝法建立了明渠和管道相结合的一维非恒定流水动力计算模型，并通过具有解析解或试验结果的算例，验证方法的可行性。最后将其应用到北京市南水北调来水调入密云水库调蓄工程（简称密云水库调蓄工程），并模拟加压工况，通过模拟结果得知产生明满过渡流时管道中水位、流量的变化过程，能够提前采取相应措施降低明满过渡流对输水管道的影响。结果表明对实际工程的安全运行有指导意义。     

册子岛-镇海海底冲淤变化及其输油管道状态分析

海底输油管道具有运油能力大、快捷、经济等优点,但状态不佳的海底输油管道有可能变形、破裂,从而对水体环境安全造成极大威胁。以册子岛-镇海海底管道与其周围海床为例,采用多波束测深系统、单波束测深系统、浅地层剖面仪和侧扫声呐等仪器实施外业,将几种仪器的测量结果进行汇总分析。利用统计分析,绘制地形图、管道位置图、状态成果表和计算海床冲淤量等方法,分析获得近年来海底管道状态信息、管道位置及埋深、水下地形变化情况等,并计算海床冲淤量。新泓口等围垦工程使镇海一侧边滩淤积,灰鳖洋内部潮量增加,造成了局部海床冲刷变深,海底管道KP10～KP13附近海床近年来持续冲刷,导致管道KP10.5附近在2017年11月检测出一段长49 m的管道悬空段。2018年上半年,海底管道经再次挖沟整治后已沉入管道沟,为及时发现受海床冲刷而形成的管道悬空长度超限等险情并了解管道沟的回淤情况,应保持现有监测频率。     

汹涛海底波浪海流复合边界层的研究

在波浪和海流控制的浅水和中等水深海域,海底附近波浪、海流复合边界层中的流体运动可以确定海底管道所受的流体力。了解边界层中的流体运动对于必须抵御环境力的裸露管道的设计是十分重要的。在海底管道设计的风暴条件下,波浪边界层的厚度可达0.5米,这对于这一区域的模拟是十分重要的。当流体和海底之间的摩擦对表面水波的分解有所影响时,边界层中的流体运动是控制泥沙输移和冲刷的主要根据。为了研究汹涛海底波浪、海流     

地震对海底悬跨管道动水力作用的实验研究

利用水下地震模拟系统,开展了刚性管道在地震作用下的水下模型实验,量测了管道周围流场的变化和管道表面的动水压力.基于Morison方程建立了地震作用下海底悬跨管道的动水作用力模型,按最小二乘原理得出管道的拖曳力系数C_D和惯性力系数C_(M°)通过对实测数据分析得出,雷诺数Re数和K_c数是影响管道受力的两个主要因素.分别对C_D和C_M随Re和K_c的变化趋势进行了拟合,得到C_D和C_M的定量表达公式.本次试验工况下,水深和悬跨高度对管道的受力影响不明显.     

Flow-pipe-soil coupling mechanisms and predictions for submarine pipeline instability

The stability of a submarine pipeline on the seabed concerns the flow-pipe-soil coupling, with influential factors related to the ocean waves and/or currents, the pipeline and the surrounding soils. A flow-pipe-soil coupling system generally has various instability modes, including the vertical and lateral on-bottom instabilities, the tunnel-erosion of the underlying soil and the subsequent vortex-induced vibrations(VIVs) of free-spanning pipelines. This paper reviews the recent advances of the slip-line field solutions to the bearing capacity, the flow-pipe-soil coupling mechanism and the prediction for the lateral instability, the multi-physical coupling analysis of the tunnel-erosion, and the coupling mechanics between the VIVs and the local scour. It is revealed that the mechanism competition always exists among various instability modes, e.g., the competition between the lateral-instability and the tunnel-erosion. Finally, the prospects and scientific challenges for predicting the instability of a long-distance submarine pipeline are discussed in the context of the deep-water oil and gas exploitations.     

岩溶管道水汇流理论的研究与应用

岩溶管道中贮存有丰富的地下水可供开发利用。在建成的岩溶水库的来水中，８０％以上是通过岩溶管道中渗漏出来，而岩溶裂隙网中的漏水量仅占１０～２０％。因此，在开发利用中，钻孔若遇不到岩溶管道，则出水少或根本无水，可见研究岩溶管道水的重要意义。本文叙述了对岩溶管道水的类型及其汇流特性、汇流理论的ｕｉ与Ｉ的非线性关系、岩溶管道水汇流的物理模拟试验、岩溶管道水汇流理论在岩溶渗漏计算中的应用等四方面研究与应用。     

水平输送管道内固相定床高度的确定

本文提出计算水平输送管道内相定床高度的方法，计算表明，计算结果与试验值吻合很好，具有较广泛的适用性。     

特征线法分析长距离输油管道的流动瞬变过程

本文建立了基于特征线方法求充动瞬变过程的数值模型，编制了针对长距离输油管道流动瞬变过程的分析软件。在数值处理上，Ｄａｒｃｙ＝Ｗｅｉｓｂａｃｈ摩擦力项用二阶精度格式来近似，因此保证了高粘度流体在流动瞬变过程分析时的计算稳定性和精确度。模型考虑了埋管地形对沿线瞬变压力的影响，当某一泵站发生水击后其它站的反应同其上控程序确定。应用该软件，分析模拟了某一长距离输油管道在中间泵站停电或末站瞬时关阀情况下的流     

加劲巨型薄壁输水钢管外压临界失稳性能研究

通过研究加劲巨型薄壁输水钢管承受外压时的临界失稳状态，分析了其合理的加劲环形式、尺寸及布置间距，揭示了不同尺寸与布置间距的加劲环环管段在外压作用下临界失稳时存在藕合现象，并将耦合特性应用于加劲巨型薄壁钢管外压稳定优化设计。     

落脚河水电站岔管及支管结构设计

大方县落脚河水电站采用钢筋混凝土岔管、钢筋混凝土支管、钢支管结构设计,在满足结构安全性和耐久性的要求,保证结构的强度和刚度的条件下,该电站采用钢筋混凝土岔管、钢筋混凝土支管、钢支管结构达到了方便施工,节约工程投资,加快施工进度和经济适用的目的。     

压力管道输水灌溉优化设计研究进展

我国被列为世界上最缺水的13个国家之一,节约用水是一项战略国策。农业是用水大户,因此发展节水灌溉是我国现代农业可持续发展的必然选择。目前,压力管道输水灌溉以其节水、减少占地、省工、适用于当前的农业生产责任制等优点在节水灌溉中广泛应用。根据压力管道输水灌溉技术在国内外的发展状况,总结分析了压力管道输水灌溉设计过程中有关优化目标、传统及智能优化算法、优化设计软件等方面的研究概况,探讨了压力管道输水灌溉优化设计中存在一些的问题,并对其今后的研究前景进行了展望。     

FLOW-PIPE-SEEPAGE COUPLING ANALYSIS OF SPANNING INITIATION OF A PARTIALLY-EMBEDDED PIPELINE

The initiation of pipeline spanning involves the coupling between the flow over the pipeline and the seepage-flow in the soil underneath the pipeline. The pipeline spanning initiation is experimentally observed and discussed in this article. It is qualitatively indicated that the pressure-drop induced soil seepage failure is the predominant cause for pipeline spanning initiation. A flow-pipe-seepage sequential coupling Finite Element Method (FEM) model is proposed to simulate the coupling between the water flow-field and the soil seepage-field. A critical hydraulic gradient is obtained for oblique seepage failure of the sand in the direction tangent to the pipe. Parametric study is performed to investigate the effects of inflow velocity, pipe embedment on the pressure-drop, and the effects of soil internal friction angle and pipe embedment-to-diameter ratio on the critical flow velocity for pipeline spanning initiation. It is indicated that the dimensionless critical flow velocity changes approximately linearly with the soil internal friction angle for the submarine pipeline partially-embedded in a sandy seabed.     

舟山大陆引水海底管道施工技术概论

介绍了舟山海底管道设计、施工特点，探索长距离、大口径、薄壁海底管道的施工方法，具体包括：(1)管道设计；(2)管道施工；(3)铺管；(4)托管架设计；(5)锚泊系统设计。