SY／T 7060-2016 标准规范下载简介

SY／T 7060-2016 海底管道稳定性设计

3.5通用横向稳定性方法

SY/T 70602016

JTS 320-2-2018 通航建筑物维护技术规范管道的无量纲横向位移Y在很大程度 组无量纲参数控制（参见文献12）

Y=f(L,K,M,N,t,Gs,G)

式中，无量纲参数均已在第1章中定义。 由于重要输入参数较少，因此，在位稳定性问题可以通过建立数据库，在该数据库中位移由一系 列输人参数确定。 多数管道在横向位移小于特定值的的情况下不会出现问题，因此，通过设置允许位移可以大幅减 小对管道重量的要求。 动态分析得到的重量是基于平坦海床，忽略了温度升高、压力以及管端约束引起的轴向力效应

对于深水情况，K值可能会很小，而海流会导致M值很大，建议根据3.6计算管道的绝对稳定 性。 Lbs与海面状况持续时间无关，而L。在1000个波浪内都是有效的，并可以假定其与海况中波 数t成比例。若L

Y,=0.5+(100.5)× =0.5+0.00952 1000

例如对于一个T，>10.8s的三小时海况，表明管道受到的波数小于·1000，预测的横向位移相应 减少。 计算M，K值时可采用线性插值法。 对中间位移准则的管道所需重量可按以下公式进行计算

该设计方法适用于N≤0.024的黏土和N≤0.048的砂土。 对于黏土，当假定L与/G。成比例时，G。可以采用插值法计算（砂土中管道由于土壤密度 影响已被忽略）。需注意：该设计曲线仅适用于G。≤2.78。对于更高的G。值，建议采用绝对

SY/T 70602016

2最小管重L/（2+M)²（对于管道在砂土

SY/T70602016

Lsuable = 90 J NN0.67.K ·f(M) f(M)=[0.58(log M)2 + 0.60(log M)+ 0.477l" ≤1.0

对于G值高的情况，此公式计算得到的管重可能偏大，如果绝对稳定性准则计算管道重量较小， 可以采用绝对稳定性准则进行计算。 对于黏土中的管道，为限制其最大相对横向位移Y在10t/1000之内，所需的最小管重可以采用 以下公式计算：

其中系数可从附录A中查出

3.6绝对横向稳定性方法

C; + (K≥Kb) Lio (2 + M)" Cr C. (K

本章节给出了一个建立在静力平衡基础上，关于管道横向在位稳定性的绝对静态要求，确保管 动足以承受计算海况最大的水动力荷载，即在计算海况下，设计极限单一波浪导致的周期振动 管道产生横向位移。 管道的绝对稳定性要求可与下面几点有关：例如管段、狭窄支撑上的管道、以海流为主导的工

SY/T70602016

或置于硬黏土层上的工况。 管道零位移的要求将导致其重量增加，特别是对于波浪导致即使对于小幅运动的流速占主导的情 况。也就是说，当K和M很小，相对运动引起的力的折减效应对于小的运动的影响也很大，振荡流 不会使较轻管道移动较长的距离。需要注意的是，以下提到的最大负荷是由试验测得的，这样其水平 分量包括阻力项和惯性力项。此外，在零横向位移要求下，不能利用波浪诱导流导致管道来回振荡产 生的沉降引起的被动土抗力的增加。

情足下列条件，则可认为符合绝对静稳定性要求

F +μ·F2 ≤1.0 μ · Ws + FR

5北海冬季风暴期的安

SY/T 70602016

如果土壤抗力仅考虑摩擦，需要的管重由下式计算

自由悬跨对管道的横向稳定性至少有以下三个方面的影响： 由于海流在海床和管道之间流动，导致水动力荷载，特别是举升力在悬跨处的减小。 一由于悬跨处管道位置高于海流边界层，使得海流产生的水动力荷载略有增加。 由于在悬跨两端处土壤承受更集中的垂向管道重力，导致土壤抗力的提升。 需注意的是，上述的第一个影响起决定性作用，因此悬跨有利于管道的横向稳定性。 由于管道与海床存在间隙、水流边界层流动增加以及管道沉降增加，可以采用平均值计算水动力 荷载以考虑上述影响。 需要注意的是，发生涡激横流向振动将使拖电力显著增加，详见参考文献[2]

SY/T70602016

SY/T 70602016

H

为了避免管道弧形段沿径向滑动，安全余量宜反映可能滑动的后果。通常进行此类评估时可忽 力。

遮蔽参数θ表示作用于土壤颗粒上的剪应力t.与土壤颗粒所受稳定重力之比：

当遮蔽参数超过一个临界值，即0.04时，非黏性土壤中的沉积物将开始移动，此时海床变得 剪应力采用水质点的速度表示为：

其中U表示水质点速度。 对应于海床不稳定的临界水质点速度可以表示为

摩擦因子f，可以按如下方式取值。 仅考虑波浪：

SY/T70602016

当水质点的轨道半径是平均土壤颗粒尺寸ds.的10000倍以上时，上述两个公式所得的结果是相 同的。对于波流联合作用的情况，目前尚没有简单的计算方法。 从以上公式可以看出，在很多情况下当流速远低于使管道变得不稳定的水流速度时，非黏性土变 得不稳定，然而尚无直接方法将此因素引人管道稳定性设计

砂土液化是土壤本身失去部分或全部剪切强度的现象。由波浪或地震产生土壤周期性剪切应力 可使土壤发生液化。这是因为周期性剪切应力会产生土壤过量孔隙压力，造成土壤失去大部分抗剪强 度（残余液化）；或是陡波流经松散土壤时，产生向上的压力梯度而使土壤发生液化（瞬时液化）。 土壤液化将会影响管道的垂向稳定性（下沉或上浮）和横向稳定性。 与管道比重相关，砂土液化会使较重管道沉人海床中，发生自埋，或者使较轻（埋设于土壤中） 的管道浮出土壤。 理论模型可以预测土壤液化的可能性，为了确定模型中的相关参数，需要开展现场或实验室土壤 实验，参见文献【17]和【18]。

SY/T70602016

SY/T70602016

SY/T70602016

SY/T 70602016

图A一8黏土海床上管道的最小重量 （Y=10T/1000，0.006≤N≤0.024，G.=0.556)

SY/T70602016

Y=10T/1000,0.006≤N≤0.024，G,=1.11）

(Y=10/1000，0.006≤N≤0.024，G=1.11)

(Y=10/1000，0.006≤N≤0.024，Gc=1.11）

SY/T70602016

（Y=10t/1000,0.006≤N≤0.024，G,=2.78)

SY/T70602016

可以归类为碳酸盐土壤的标准是土中含有的碳酸盐超过50%，见文献[1]。绝大多数的碳酸盐 土壤由海洋生物体残骸沉积构成，比如珊瑚藻、颗石藻、孔虫和棘皮动物。当然土壤中也存在着非骨 骼成分，像鱼卵石、球团、葡萄石。碳酸盐的沉淀物在温暖的浅水热带水域很丰富，例如非洲、大洋 洲、巴西和中东周围的海城

面和内部颗粒空隙可能有尖角，这会使得土壤结构较疏松，可以被压缩。非骨骼碳酸盐颗粒是圆形实 心的，但是它的坚硬度与石英相似，仍然会因为其低坚硬度而被粉碎和压裂。 典型颗粒碳酸盐土壤的显著特征有：高孔隙比（低密度），高初始孔隙比产生的高压缩性，单独 颗粒的可压缩性，由于颗粒的尖角、粗糙度、颗粒联锁产生高摩擦角。 碳酸盐沉积物是在经历一段生物和化学过程后转化而成的。在漫长的地质过程中，旧的沉积物可 能在空气中暴露过，因而更容易胶结。胶结后的沉积物，其力学性质发生了根本性的改变。胶结作用 可能发生在平坦的海底，在其上形成一个盖岩层，或者发正在不规则、间断的晶体之中。 未胶结碳酸盐土壤与富硅土壤的工程特性有以下几个区别： 一相比石英，碳酸钙具有更低的硬度，这就导致了在相对低的压力水平下，碳酸钙更容易被压 碎。 碳酸盐土壤往往有很大的孔隙度，从而导致其有高孔隙比和低密度，因此比硅质沉积物更易 被压缩。然而与相当的硅质土壤相比，他们一般拥有更高的摩擦角。 该碳酸盐土壤的不排水循环强度特点是大多数指标要低于硅质土壤且渗透率也比较低。因 此，碳酸盐土壤一般更容易在循环加载作用下液化。 更多详细特征和试验数据可以参考文献[1]～[7]

TB／T 1910-2018 铁路线路机械词汇B.3管道在碳酸盐土填上的响应

管道可以简化为横截面为圆形的特殊类型的条形基础。因此，其在碳酸盐沉积物中的特征与在浅 基础中相似。试验证据表明，管道对碳酸盐土壤的响应有以下几个特点： 近似线性的荷载位移响应。 一为了获得极限抗力，会产生比较大的横向位移。低密度钙质砂土上的管道在达到其极限抗力 前通常会横向移动两倍管径或两倍管径以上，而一般硅砂土达到极限抗力的横向位移大约为 半个至一倍直径。 循环荷载引起嵌人比硅砂中大。 荷载位移响应通常表现出可延展性应变硬化响应（除非该管嵌入至平衡深度以下）；硅砂中 通常表现为后峰值应变软化现象。 作用在管道上的循坏环境荷载以及直接作用在海床上的波浪压力荷载，可产生有效超孔隙压 力比硅砂土更容易累积。这是因为这些沉积物在循环荷载作用下更易于衰减和压紧，因而街 往比硅砂具有更大的固结系数。因此，碳酸盐较高土壤较硅砂土壤更易液化。

上述内容涉及的详细实验证明见文献「8]～[11]。

B.4管士相互作用的模型

SY/T 70602016

在土壤塑性内已经开发出碳酸盐土壤排水管土相互作用的理论模型。该模型通过一个非线性刚度 或弹性矩阵将管道的位移增量连接起来。该方法可以直接把管土相互作用的模型结合到管道的结构分 析中。管道最终横向土壤抗力的简化计算表达式也是在基本管道稳定评估的基础上推导得出的。 模型的详细信息可以参考文献【12]~[14]。 多数实际情况下，碳酸盐土壤中管道与海底相互作用要比排水管土相互作用复杂得多。必须考虑 局部的管土相互作用和大规模波土相互作用，如果考虑海底土壤局部排水/不排水，将使问题更加复 杂。因此，完整的模型需要描述在实际波浪和土壤条件下海底管道管土相互作用。正确模型需具以下 功能： 预测海底土壤中由海底波动和管道循环荷载作用产生的超孔隙水应力累积。 预测管道附近海底土壤强度/刚度衰减。 一计算管道埋设，即管道自埋。 估算自埋引起的横向土壤抗力的增加。 该模型并没有在公开场合中提出。作为总体指南，宜给出碳酸盐土壤的区域属性，并开发适于特 定区域使用的模型

GB／T 50105-2010 建筑结构制图标准SY/T 70602016