海底管线在海底的稳定性分析课件.ppt

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1、海底管线在海底的稳定性海底管线在海底的稳定性 n影响海底管线稳定性的因素影响海底管线稳定性的因素 在管线稳定性分析设计过程中需考虑以下因素：在管线稳定性分析设计过程中需考虑以下因素：1.波浪和水流的作用对管线稳定性的影响；波浪和水流的作用对管线稳定性的影响；2.由于管线基床底部不平整，引起管线在水流作用由于管线基床底部不平整，引起管线在水流作用下的稳定性问题；下的稳定性问题；3.管线地基稳定性引起的问题；管线地基稳定性引起的问题；4.管线浸入海底时的负浮力和浮力对管线稳定性的管线浸入海底时的负浮力和浮力对管线稳定性的影响。影响。有时还要考虑流冰作用和地震的影响。有时还要考虑流冰作用和地震的影响

2、。n对水深大于或等于对水深大于或等于0.5倍波长的深水区，倍波长的深水区，或大于或大于30-40米水深时，因波浪作用力很米水深时，因波浪作用力很小，一般可不予考虑；小，一般可不予考虑；n但在浅水区（水深小于但在浅水区（水深小于0.5倍波长）则必倍波长）则必须考虑波浪对管道作用的影响。须考虑波浪对管道作用的影响。n海流（包括潮流、风海流、波浪破碎产生海流（包括潮流、风海流、波浪破碎产生的沿岸流和离岸流）对管道的作用和影响的沿岸流和离岸流）对管道的作用和影响是不可忽视的。他们都是管线稳定性计算是不可忽视的。他们都是管线稳定性计算中的水动力荷载。中的水动力荷载。n由于管线基床底部不平整，引起管线在水

3、由于管线基床底部不平整，引起管线在水流作用下的稳定问题，一是当管线悬空时流作用下的稳定问题，一是当管线悬空时防止卡尔曼涡旋振动与管线产生共振现象，防止卡尔曼涡旋振动与管线产生共振现象，而引起管线失稳，另一是管线支墩地基基而引起管线失稳，另一是管线支墩地基基础的稳定问题，管线从凹凸不平的海床上础的稳定问题，管线从凹凸不平的海床上通过时，将在管道中引起悬空和弯曲应力，通过时，将在管道中引起悬空和弯曲应力，导致管线产生过大的应力集中而损坏导致管线产生过大的应力集中而损坏 管线底面地基对管线稳定性的影响，主管线底面地基对管线稳定性的影响，主要有三个方面：要有三个方面：n1管线铺设在管线沟槽内或基床上，

4、地基管线铺设在管线沟槽内或基床上，地基承载力影响的管线稳定性问题；承载力影响的管线稳定性问题；n2管线底面海底受水流等冲刷影响的稳定管线底面海底受水流等冲刷影响的稳定性问题；性问题；n3管线地基基础受液化、震陷、泥流、滑管线地基基础受液化、震陷、泥流、滑动影响而产生稳定性问题。动影响而产生稳定性问题。n在水流对管线地基的冲刷作用中，底流速的大在水流对管线地基的冲刷作用中，底流速的大小是重要的水动力因素，而抵抗底流速冲刷的小是重要的水动力因素，而抵抗底流速冲刷的是地基土本身的物理力学性质，特别是土的粒是地基土本身的物理力学性质，特别是土的粒度成分和粘聚力对不同类型土有不被冲刷的底度成分和粘聚力对

5、不同类型土有不被冲刷的底流速，称为流速，称为“允许冲刷流速允许冲刷流速”，凡波浪、潮流，凡波浪、潮流等因素引起的底流速小于地基土的允许冲刷流等因素引起的底流速小于地基土的允许冲刷流速，则该地基土不会被冲刷，地基土就处于稳速，则该地基土不会被冲刷，地基土就处于稳定状态，反之就有可能引起地基土被冲刷，使定状态，反之就有可能引起地基土被冲刷，使其处于不稳定状态。对有可能出现的不稳定情其处于不稳定状态。对有可能出现的不稳定情况应该采取工程措施（更换地基土，加大颗粒况应该采取工程措施（更换地基土，加大颗粒粒径或其他措施）来保证其稳定性。粒径或其他措施）来保证其稳定性。n管线埋深管线埋深n将管线埋置到土中

6、一定深度，避免管线直接接受将管线埋置到土中一定深度，避免管线直接接受波浪、潮流作用是保持管线稳定经常采用的方法。波浪、潮流作用是保持管线稳定经常采用的方法。一般管线埋置深度取管顶以上一般管线埋置深度取管顶以上1.5-2.0m，特殊地特殊地段甚至需要段甚至需要4-6m，埋置深度取决于该地区波浪、埋置深度取决于该地区波浪、潮流的大小，主要与管线穿越区域航道、码头前潮流的大小，主要与管线穿越区域航道、码头前沿、锚泊区、渔业捕捞、水产养殖区等影响有关，沿、锚泊区、渔业捕捞、水产养殖区等影响有关，有时还需要考虑管线沟槽开挖、埋设回填等施工有时还需要考虑管线沟槽开挖、埋设回填等施工方法方法n管线埋置深度的

7、确定归纳起来有两点考虑：管线埋置深度的确定归纳起来有两点考虑：n一是安全性考虑（包括波浪、潮流作用下的稳定一是安全性考虑（包括波浪、潮流作用下的稳定和抛锚深度），和抛锚深度），n二是施工方法考虑。二是施工方法考虑。n抛锚的深度与海底土质、锚的重量和类型及水深抛锚的深度与海底土质、锚的重量和类型及水深有关。一般小型渔船、吨位较小的交通艇使用的有关。一般小型渔船、吨位较小的交通艇使用的锚重量小，管线埋置深度在管顶以上锚重量小，管线埋置深度在管顶以上1.5-2.0m就就够，当管线穿越航道、码头前沿和锚泊区，管线够，当管线穿越航道、码头前沿和锚泊区，管线埋置深度就要埋置深度就要3.0m以上。以上。n从

8、施工方面考虑管沟能不能挖，主要决定从施工方面考虑管沟能不能挖，主要决定于土质的坚硬程度、水深大小和费用。坚于土质的坚硬程度、水深大小和费用。坚硬土层一般挖泥设备无法开挖，如用水下硬土层一般挖泥设备无法开挖，如用水下爆破或潜水员挖沟则费工又费时，另外挖爆破或潜水员挖沟则费工又费时，另外挖泥船工作水深也有限制，国内一般挖泥船泥船工作水深也有限制，国内一般挖泥船工作水深只有工作水深只有10-20m，只有大型抓斗式挖只有大型抓斗式挖泥船的抓泥深度才能达到泥船的抓泥深度才能达到50m。n海底管线在于有穿越岩礁地段或对某些管段需控海底管线在于有穿越岩礁地段或对某些管段需控制在某一合适的坡度时，宜采用管线墩

9、座间隔地制在某一合适的坡度时，宜采用管线墩座间隔地架空海底管线。对岩礁地段墩座的地基基础稳定架空海底管线。对岩礁地段墩座的地基基础稳定问题一般不大，但对非岩石地基则应对墩座基础问题一般不大，但对非岩石地基则应对墩座基础稳定性给予适当重视，对此应着重考虑以下几个稳定性给予适当重视，对此应着重考虑以下几个问题：问题：1墩座基础的地基承载力问题；墩座基础的地基承载力问题；2墩座基础的整体稳定性问题；墩座基础的整体稳定性问题；3墩座基础不被冲刷问题；墩座基础不被冲刷问题；4墩座之间的不均匀沉降问题；墩座之间的不均匀沉降问题；5管线架空的跨长问题。管线架空的跨长问题。海底管线路由条件的评价海底管线路由条

10、件的评价n1工程地质条件的评价工程地质条件的评价 详细说明路由区的地形、地貌、地质构造背详细说明路由区的地形、地貌、地质构造背景、海底状况、底质及其土工性质等工程地质条景、海底状况、底质及其土工性质等工程地质条件，特别要注意路由是否避开了不良工程地质现件，特别要注意路由是否避开了不良工程地质现象（如冲刷沟、浅层气、海底塌陷、滑坡、泥流象（如冲刷沟、浅层气、海底塌陷、滑坡、泥流岩礁、古河谷、活动沙波、泥丘、盐丘、软土夹岩礁、古河谷、活动沙波、泥丘、盐丘、软土夹层等）尤其是对那些无法回避的影响管线稳定性层等）尤其是对那些无法回避的影响管线稳定性的灾害底质现象更应详细的分类描述，并指出对的灾害底质现

11、象更应详细的分类描述，并指出对管线铺设可能带来的影响和应采取的工程措施。管线铺设可能带来的影响和应采取的工程措施。n2海洋动力环境评价海洋动力环境评价 分析路由各区段的气象、波浪、潮汐、海流、分析路由各区段的气象、波浪、潮汐、海流、水温、海水及其特征值，并对可能影响电缆管道水温、海水及其特征值，并对可能影响电缆管道设计、施工、运行、维护的海洋水动力特征、及设计、施工、运行、维护的海洋水动力特征、及影响管线冲淤稳定性的水文泥沙条件进行详细的影响管线冲淤稳定性的水文泥沙条件进行详细的分析和计算。环境荷载的大小可参照中国船级社分析和计算。环境荷载的大小可参照中国船级社“海底管道系统规范海底管道系统规

12、范”中的有关规定进行分析和中的有关规定进行分析和计算。计算。n3工程地震条件的分析和研究工程地震条件的分析和研究 分析路由区的区域地震构造及地震活动性，分析路由区的区域地震构造及地震活动性，计算各潜在震源区的地震活动性参数，包计算各潜在震源区的地震活动性参数，包括括50年超越概率为年超越概率为10%的地震烈度值及基的地震烈度值及基岩地震动水平峰值加速度值，估算海底电岩地震动水平峰值加速度值，估算海底电缆管道路由在地震和波浪作用下砂土液化缆管道路由在地震和波浪作用下砂土液化的可能性，对路由工程强震区潜在的海底的可能性，对路由工程强震区潜在的海底滑坡和塌陷危险性进行评估。滑坡和塌陷危险性进行评估。

13、n4腐蚀环境评价腐蚀环境评价 包括底层水化学、沉积物化学、沉积物电阻率、包括底层水化学、沉积物化学、沉积物电阻率、沉积物中硫酸盐还原菌、污损生物等生物化学环沉积物中硫酸盐还原菌、污损生物等生物化学环境资料的收集和分析，供电缆管道防腐设计时参境资料的收集和分析，供电缆管道防腐设计时参考。考。n5路由区海洋开发活动的评述路由区海洋开发活动的评述 特别是对路由区的渔业活动，及与路由交越的海特别是对路由区的渔业活动，及与路由交越的海洋油气田，与已建海底电缆管道路由的交越点的洋油气田，与已建海底电缆管道路由的交越点的位置及周围环境应作详细描述。位置及周围环境应作详细描述。n6管线在海底的稳定性、冲刷下沉

14、可能性管线在海底的稳定性、冲刷下沉可能性进行评价。进行评价。管线在海底的稳定性分析和计算方法管线在海底的稳定性分析和计算方法n一一、作作用用在在海海底底管管线线上上的的水水动力动力置置放放在在海海床床上上的的管管线线会会受受到到稳稳流流、振振荡荡流流和和波波致致力力综综合合的的影影响响，这些力包括：这些力包括：（1）管管道道在在水水中中的的重重量量和和管管子子内内含物的重量；含物的重量；n（2）综合阻力综合阻力FD；n（3）综合升力综合升力FL；n（4）惯性力惯性力Fi；（5）管子和海床间的摩擦力管子和海床间的摩擦力Fr。n要要使使管管道道在在海海底底上上保保持持稳稳定定，作作用用在在管管子子

15、上上所所有有力力的的总总和和必必须须满满足足下下列静力平衡方程：列静力平衡方程：水平力水平力X：FD+FiFrWsin=0垂直力垂直力Y：N+FLWcos=0n如如果果管管子子裸裸置置在在海海床床上上，则则侧侧向向阻阻力力Fr与与法法向向力力N有以下关系：有以下关系：Fr=N式中式中是管子表面和海床间的侧向摩擦力系数。是管子表面和海床间的侧向摩擦力系数。n联立上面方程可得出：联立上面方程可得出：FD+Fi+(FlWcos)=WsinW=（FD+Fi+Fl）/(cos+sin)n对于水平的海床，对于水平的海床，=0，则上式成为：则上式成为：W=Fl+(FD+Fi)/上上式式可可用用来来计计算算建

16、建造造时时充充满满空空气气和和在在工工作作时时充充满满被被输输送送物物质质的的管管道道在在水水中中的的最最小小重重量量，如如此此重重量量与与管管道道实实际际重重量量相相符符则则认认为为管管道道在在水水下下是是稳稳定定的的，如如管管道道在在水水中中的的实实际际重重量量小小于于这这一一计计算算值值则则应应考考虑虑将将管管道道埋埋入入土土中中或或采采取取加加重重措施。措施。作用在海底管道上的水动力计算作用在海底管道上的水动力计算 n单单位位长长度度上上液液流流诱诱生生的的阻阻力力（FD）和和惯惯性性力（力（Fi）：）：FD=CDDUU N/MFi=CMD2N/Mn波波浪浪作作用用在在海海底底管管道道

17、单单位位长长度度上上的的水水平平力力即两者之和：即两者之和：FT=FD+Fi n单单位位长长度度上上升升力力（又又称称上上举举力力或或浮浮托托力力）的的计计算算公式为：公式为：FL=CLDU2N/M式中式中海水密度，海水密度，Kg/m3；CD垂直于管轴的阻力系数（或称动力阻力系数）；垂直于管轴的阻力系数（或称动力阻力系数）；CM惯性系数惯性系数,根据实测确定；根据实测确定；CL升力系数；升力系数；D管道的有效外径；管道的有效外径；U垂垂直直于于管管道道轴轴线线的的波波浪浪水水质质点点轨轨道道运运动动的的水水平平速速度度（m/s），），u为其绝对值。为其绝对值。n式中所以写成式中所以写成UU是由

18、于作用力的方向和水质点轨迹是由于作用力的方向和水质点轨迹速度的方向相同，为表示不同瞬时的作用力的方向，故将速度的方向相同，为表示不同瞬时的作用力的方向，故将其中一个其中一个U U写成写成U，以便用剩下的以便用剩下的U U 表示方向。表示方向。n计算升力、阻力和惯性力时遇到的主要困计算升力、阻力和惯性力时遇到的主要困难是：确定升力系数、阻力系数和惯性系难是：确定升力系数、阻力系数和惯性系数。对稳定流情况，阻力系数数。对稳定流情况，阻力系数C CD决定于水决定于水流的雷诺数和管子表面的粗糙度。流的雷诺数和管子表面的粗糙度。ReCDCLCMRe5.010104 41.31.52.05.010104

19、4 Re1.010105 51.21.02.01.010105 5 Re2.510105 51.53Re/（310105 5）1.2Re/（510105 5）2.02.510105 5 Re5.010105 50.70.72.5Re/（510105 5）5.010105 5 0.2,H/d0.2时时，U一一般般采采用线形波理论计算；用线形波理论计算；n（2 2）当当0.1d/L0.2时时，U一一般般采用采用Stokes五阶段波理论计算；五阶段波理论计算；（3 3）当）当0.040.05d/L0.1时，时，U一般采用一般采用椭圆余弦波理论计算。椭圆余弦波理论计算。n当当仅仅考考虑虑海海流流作作用

20、用于于海海床床管管道道时时，单单位位长长度度管管道道上上所所承承受受的海流荷载由下式计算的海流荷载由下式计算FDC=CDAUC2N/M 式中式中UC设计海流流速设计海流流速m/s;A单位管道长度垂直于海流方向上的投影面积单位管道长度垂直于海流方向上的投影面积(m2)其余符号意义同前。其余符号意义同前。n当当仅仅考考虑虑海海流流作作用用于于海海底底管管道道，单单位位长长度度上上海海流流的的升升力力FLC由下式给出由下式给出FLC=CLAUC2N/Mn当海流与波浪联合作用时当海流与波浪联合作用时，上述，上述FDC和和FLC式中的海流速度式中的海流速度UC应是波浪水质点运动速度和海流速度的矢量和。应

21、是波浪水质点运动速度和海流速度的矢量和。二、二、管道在土中稳定性分析管道在土中稳定性分析n当管道放置在海床上或埋入土中时，需对当管道放置在海床上或埋入土中时，需对管道在垂直和水平方向上的稳定性按静力管道在垂直和水平方向上的稳定性按静力条件和通过表面波时引起的循环加载条件条件和通过表面波时引起的循环加载条件下的稳定性进行分析和计算下的稳定性进行分析和计算 n1.1.管道的下沉和漂浮管道的下沉和漂浮n当当管管道道部部分分或或全全部部埋埋入入时时，在在风风暴暴情情况况下下它它可可能能向向上上浮浮或或下下沉沉，这这视视管子的重量（包括内含物）、土的密度和不排水抗剪强度而定。管子的重量（包括内含物）、土

22、的密度和不排水抗剪强度而定。n根根据据Ghazzaly(1975)的的研研究究，可可以以在在一一定定范范围围内内选选择择管管子子的的比比重重使使管管道稳定，可采用下列公式确定这一设计范围：道稳定，可采用下列公式确定这一设计范围：等效土的密度等效土的密度=管子和内含物的重度管子和内含物的重度RR2C/D式中式中R对单位容积管子上浮下沉的土阻力对单位容积管子上浮下沉的土阻力Kg/m3；C重塑（扰动）土的抗剪强度重塑（扰动）土的抗剪强度Kg/m2；D管的外径管的外径(m)。n将将上上式式两两边边都都除除以以水水的的密密度度，就就可可按按下下式式计计算算出出平平衡衡时时管管子子比比重重的的上上限和下限

23、：限和下限：SG1SGSG2式中式中SG管子比重的许可范围管子比重的许可范围SG1=SG土土2C/DSG的下限；的下限；SG2=SG土土2C/DSG的上限的上限2.2.海底土强度的减小海底土强度的减小n暴风浪经过时产生的循环加载作用可能使海底土暴风浪经过时产生的循环加载作用可能使海底土孔隙水压力增大，其结果使经受过循环加载后的孔隙水压力增大，其结果使经受过循环加载后的海底土抗剪强度减小。此时确定管子稳定性所需海底土抗剪强度减小。此时确定管子稳定性所需的管子比重许可范围时必须采用经过扰动后（即的管子比重许可范围时必须采用经过扰动后（即减小了的）抗剪强度来代替原先不排水抗剪强度。减小了的）抗剪强度

24、来代替原先不排水抗剪强度。要确定风暴后土强度减小的情况需了解风暴的作要确定风暴后土强度减小的情况需了解风暴的作用时间（历程）和土强度特征。为此应做动三轴用时间（历程）和土强度特征。为此应做动三轴试验及研究砂土液化的可能性。试验及研究砂土液化的可能性。管线周围的冲刷作用管线周围的冲刷作用n潮流和（或）波浪会使管线周围的海底土受到冲潮流和（或）波浪会使管线周围的海底土受到冲刷，特别是在破波带以内的浅水水域内和海底底刷，特别是在破波带以内的浅水水域内和海底底流速较大的海域中。这种冲刷作用可能更为明显，流速较大的海域中。这种冲刷作用可能更为明显，冲刷作用的强弱决定于海底沉积物的性质，沉积冲刷作用的强弱

25、决定于海底沉积物的性质，沉积物颗粒间的粘聚力和与起动临界流速有关的平均物颗粒间的粘聚力和与起动临界流速有关的平均粒径。对无粘性土来说是其平均粒径，对粘性土粒径。对无粘性土来说是其平均粒径，对粘性土来说则是颗粒间的粘聚力。以及该海域的水动力来说则是颗粒间的粘聚力。以及该海域的水动力条件（特别是底流速的大小）。条件（特别是底流速的大小）。n如果管线附近的潮流大到足以引起冲刷作用的话，如果管线附近的潮流大到足以引起冲刷作用的话，那么其上覆的土层渐渐地冲蚀掉。如果海床是由那么其上覆的土层渐渐地冲蚀掉。如果海床是由易被冲蚀的粒状沉积物构成，在风暴过后海底的易被冲蚀的粒状沉积物构成，在风暴过后海底的水平拖

26、曳力（液流诱生的阻力）和惯性力都增大水平拖曳力（液流诱生的阻力）和惯性力都增大了，冲刷作用就会揭掉覆盖层把管线扒出来，被了，冲刷作用就会揭掉覆盖层把管线扒出来，被掘出的管线可能被折断或损坏。其后正在衰减的掘出的管线可能被折断或损坏。其后正在衰减的暴风浪可能把管道再次推入管沟并将其重新淹埋暴风浪可能把管道再次推入管沟并将其重新淹埋起来，因此风暴过后潜水员在海底不一定能看到起来，因此风暴过后潜水员在海底不一定能看到风暴期间管道曾经被抬起过或折断过。对工程设风暴期间管道曾经被抬起过或折断过。对工程设计人员来说最关心的是在该海域的水动力和底质计人员来说最关心的是在该海域的水动力和底质条件下的最大可能冲

27、刷深度。条件下的最大可能冲刷深度。裸露管线冲刷分析n潮流和潮流和(或或)波浪会使管线周围受到冲刷。若波浪会使管线周围受到冲刷。若管线附近的潮流大到足可以引起冲刷作用，管线附近的潮流大到足可以引起冲刷作用，上面的覆盖层将按下图所示的方式渐渐地上面的覆盖层将按下图所示的方式渐渐地冲蚀掉，使管线暴露在海底，可能导致管冲蚀掉，使管线暴露在海底，可能导致管线的悬空、位移和破坏。线的悬空、位移和破坏。n(1).(1).冲刷分析冲刷分析 假假定定海海面面下下潮潮流流的的方方向向是是和和管管线线走走向向的的轴轴线线相相垂垂直直。按按照照二二维维势势能能理理论论和和CHAOCHAO和和HENNSSYHENNSS

28、Y提提出出的假设条件，从冲刷坑陷内冲出的物料的假设条件，从冲刷坑陷内冲出的物料q q为为:当当 式中：式中：-管线上方海域平静的海面流速管线上方海域平静的海面流速(m/s)(m/s)R-R-管线半径管线半径(m)(m)H-H-从管线中心算起的冲刷深度（从管线中心算起的冲刷深度（m m）n平均喷入速度平均喷入速度 U Uavgavg为：为：当当 n当冲刷坑陷里的潮流的流速一旦大于外界当冲刷坑陷里的潮流的流速一旦大于外界潮流的流速，就有冲蚀现象。潮流的流速，就有冲蚀现象。由于冲刷段由于冲刷段的不断延扩，好象冲刷范围已到极限，沿的不断延扩，好象冲刷范围已到极限，沿外界段的流速恰好降到该点的剪切力外界

29、段的流速恰好降到该点的剪切力b，等于形成可冲蚀海床沉积物的临界牵引力等于形成可冲蚀海床沉积物的临界牵引力,下下表给出所要求表给出所要求e值。值。D50（mm）c（磅/英尺2）4.000.08902.000.05131.000.03160.750.02660.500.02150.250.01720.130.01660.100.01640.080.01620.050.0161中值粒径与临界牵引力的关系n在在已已冲冲出出的的沟沟内内，边边界界剪剪应应力力b b 为为:b b=式中：式中：-海水密度海水密度 ,10kN/m,10kN/m3 3 -摩擦系数，摩擦系数，0.01 0.01 根根据据达达到到

30、冲冲刷刷平平衡衡时时的的条条件件，利利用用以以上上函函数数关关系系可可计计算算最最大大冲刷深度冲刷深度H-R。地基土液化可能性地基土液化可能性饱饱和和的的砂砂土土和和粉粉土土，在在循循环环或或振振动动荷荷载载（地地震震、波波浪浪）作作用用下下，容容易易发发生生液液化化，使使土土的的剪剪切切强强度度骤骤降降，承承载载力力近近乎乎丧丧失失，对对管管线线工工程程危危害害严严重重，因因此此需需对对地地基基土土的的液液化化可可能能性性进进行行评评价。价。一、地震条件下的液化一、地震条件下的液化 可可采采用用标标准准贯贯入入法法（建建筑筑抗抗震震设设计计规规范范，GB11-89)GB11-89)、抗抗液液

31、化化剪剪应应力力法法、静静力力触触探探法法（工工程地质手册程地质手册1992.21992.2）等方法进行判别。）等方法进行判别。建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范(GBJ11-89)规定，对饱规定，对饱和土进行液化判别和地基处理，在地震烈度为和土进行液化判别和地基处理，在地震烈度为6度度时一般情况下可不予考虑；当地质年代为时一般情况下可不予考虑；当地质年代为Q3及其及其以前，或饱和粉土的粘粒以前，或饱和粉土的粘粒(粒径小于粒径小于0.005mm的颗的颗粒粒)含量，含量，7度、度、8度和度和9度分别不少于度分别不少于10、13和和16%时，可判为不液化土层。据此，可对地基土时，可判为不液化土层。据

32、此，可对地基土层进行液化可能性初步判别，若判为液化土层，层进行液化可能性初步判别，若判为液化土层，则需作进一步判别则需作进一步判别 n1.1.按标准贯入试验判别按标准贯入试验判别 在在地地面面下下15m15m范范围围的的粉粉土土，符符合合下下式式要要求求，则则认认为为是是可液化的。可液化的。N63.5N63.5NcrNcrNcrNcrNo0.9No0.90.1(ds0.1(dsdw)()1/2dw)()1/2式中：式中：N63.5-N63.5-饱和土标准贯入锤击数实测值；饱和土标准贯入锤击数实测值；NcrNcr-液化判别标准贯入锤击数临界值；液化判别标准贯入锤击数临界值；n No-No-液化判

33、别标准贯入锤击数基准值，地震烈度为液化判别标准贯入锤击数基准值，地震烈度为7 7n 8 8、9 9度时分别为度时分别为6 6、1010、1616；dsds-饱和土标准贯入点深度饱和土标准贯入点深度(m)(m)dwdw0 0c-粘粒含量百分率，当小于粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，均采用或为砂土时，均采用3。n如如果果存存在在液液化化土土层层，根根据据各各液液化化土土层层的的深深度度和和厚厚度度，按按下下式计算液化指数：式计算液化指数：I ILELE d di iW Wi i式中：式中：I ILELE-液化指数液化指数 n-15mn-15m范围内每一个钻孔标准贯入试验点总数；范围内每一个钻孔

34、标准贯入试验点总数；N Ni i、N Ncricri-分分别别为为i i点点标标准准贯贯入入锤锤击击数数的的实实测测值值和和临临界界值；值；n d di i-i-i点点所所代代表表的的土土层层厚厚度度(m)(m)，可可采采用用与与该该标标准准贯贯入入试试验验点点相相邻邻的的上上、下下两两标标准准贯贯入入试试验验点点深深度度差差的的一一半半，但但上界不小于地下水位深度，下界不大于液化深度；上界不小于地下水位深度，下界不大于液化深度；Wi-i土层考虑单位土层厚度的层位影响函数值（单位土层考虑单位土层厚度的层位影响函数值（单位为为m-1)，当该层中点深度不大于当该层中点深度不大于5m时应采用时应采用

35、10,等于等于15m时应采用零值，时应采用零值，5-15m时按线性内插法取值时按线性内插法取值 存存在在液液化化土土层层的的地地基基，应根据其液化指数按下表划分液化等级：应根据其液化指数按下表划分液化等级：液化等级液化等级液化指数液化指数0I0ILELE550I01515液化等级液化等级轻轻 微微中中 等等严严 重重n2.2.按抗液化剪应力判别按抗液化剪应力判别Seed等人认为，地震时由基岩向土层传等人认为，地震时由基岩向土层传播的剪切波，在土层中产生周期性变化的播的剪切波，在土层中产生周期性变化的剪应力剪应力e。如果在室内对所需判别砂土模如果在室内对所需判别砂土模拟地震时的应力状态，通过振动

36、三轴试验拟地震时的应力状态，通过振动三轴试验确定可液化土层的抗液化剪应力随液化破确定可液化土层的抗液化剪应力随液化破坏振次的变化关系，坏振次的变化关系，即可以得砂土发生液即可以得砂土发生液化时所需的抗液化剪应力化时所需的抗液化剪应力d，将其与地震将其与地震剪应力进行比较，如果剪应力进行比较，如果de，砂土可砂土可能发生液化，反之能发生液化，反之de，则不液化。则不液化。n根根据据工工程程地地质质手手册册(1992.2(1992.2第第三三版版)地地震震作作用用时时等等效效平平均均剪剪应应力力ee和和砂砂土土抗抗液液化化剪剪应应力力dd可可按下面公式计算：按下面公式计算：ee0.65k 0.65

37、k a amaxmax 式式中中：ee地地震震作作用用时时的的等等效效平平均均剪剪应应力力(kPakPa)k k应力折减系数应力折减系数(表表2)2)a amaxmax地面最大加速度地面最大加速度(表表3)3)深深度度dsds以以上上土土层层的的天天然然容容重重(kN/m3)(kN/m3)ds砂土所处的深度砂土所处的深度(m)ddCrv()Crv()N NDrDr式中：式中：d-d-砂土抗液化剪应力砂土抗液化剪应力(kPakPa)Cr-Cr-应力校正系数（表应力校正系数（表4 4）；）；n()N NDrDr -相相对对密密度度为为DrDr的的砂砂土土在在等等效效应应力力循循环环次次数数N N作

38、作用用下下室室内内动动三三轴轴试试验验的液化应力比；的液化应力比；v-地震前上覆土层自重有效压力地震前上覆土层自重有效压力(kPa)。二、波浪荷载作用下液化二、波浪荷载作用下液化 根根据据Kenji Kenji IshiharaIshihara建建议议的的方方法法进进行行分分析析，将将土土层层抗抗液液化化强强度度dd与与波波浪浪荷荷载载振振动动剪剪应应力力ww进进行行比比较较，如如果果dwdw，土土层层可可能能发生液化，反之发生液化，反之ddww，则不液化。则不液化。n波浪荷载作用下土层的抗液化强度波浪荷载作用下土层的抗液化强度dd按下式计算：按下式计算：d=d=CkCpCrCkCpCr()(

39、)N Nv v 式式中中：CkCk考考虑虑波波浪浪荷荷载载特特点点及及残残余余孔孔压压影影响响下下的修正系数，取的修正系数，取0.850.85CpCp考考虑虑主主应应力力偏偏转转影影响响的的修修正正系系数数，取取0.7 0.7 Cr Cr试验应力状态修正系数，取试验应力状态修正系数，取0.60.6()N N试试验验得得到到的的与与一一定定破破坏坏振振次次对对应应的的抗抗液液 化剪应力比化剪应力比v v液化土层的上覆有效压力液化土层的上覆有效压力n波浪荷载在土层中引起的振动剪应力按下式计算：波浪荷载在土层中引起的振动剪应力按下式计算：wwPoPo 式中式中:Po:Po波压力波压力,Po,Po z

40、 z土层深度，土层深度，m m L L实地水深处波浪的波长，实地水深处波浪的波长，m m w w海水密度，海水密度，kN/m3kN/m3 H H波高，波高，m m h h水深，水深，m m海底稳定性评价中应注意：海底稳定性评价中应注意：1.1.当当高高分分辨辨率率的的工工程程物物探探资资料料揭揭示示有有海海底底滑滑动动迹迹象象时时，管管线线应应尽尽可可能能避避开开海海底底滑滑动动区区。如如实实在在不不可可能能，要要使使管管线线方向与滑动方向一致。方向与滑动方向一致。2.2.在在极极软软粘粘土土质质土土的的区区域域，即即便便没没有有从从工工程程物物探探资资料料中中发发现现海海底底滑滑动动的的迹迹

41、象象，也也应应分分析析海海底底滑滑动动的的可可能能性性。滑滑动动驱驱动动力力为为重重力力和和波波浪浪力力，在在地地震震区区域域内内还还伴伴随随地地震震力力。土土的抗剪强度为其抗阻力。的抗剪强度为其抗阻力。3.最简单的分析方法为极限平衡分析方法。其中又包最简单的分析方法为极限平衡分析方法。其中又包括圆弧滑动面法和无限坡法。选取哪一种方法取决于海底括圆弧滑动面法和无限坡法。选取哪一种方法取决于海底土层的几何形态，即土层垂直方向和水平方向的尺度之比。土层的几何形态，即土层垂直方向和水平方向的尺度之比。当该比值很小时，用无限坡法是适宜的，无限坡分析中又当该比值很小时，用无限坡法是适宜的，无限坡分析中又

42、分总应立法和有效应力法。分总应立法和有效应力法。海底管线治理技术介绍海底管线治理技术介绍不停产状态海管后挖沟；不停产状态海管后挖沟；水下抛石、抛填沙袋；水下抛石、抛填沙袋；土工布覆盖配合混凝土沉排垫铺设；土工布覆盖配合混凝土沉排垫铺设；水下支撑桩；水下支撑桩；抛沙配合仿生水草铺设；抛沙配合仿生水草铺设；海底管线悬空治理技术：海底管线悬空治理技术：不停产状态海管后挖沟：不停产状态海管后挖沟：对海底管线进行后挖沟作业的挖沟机，主要根据流体对海底管线进行后挖沟作业的挖沟机，主要根据流体对海底管线进行后挖沟作业的挖沟机，主要根据流体对海底管线进行后挖沟作业的挖沟机，主要根据流体力学原理，挖沟机前部利用

43、多台多级离心泵产生高扬力学原理，挖沟机前部利用多台多级离心泵产生高扬力学原理，挖沟机前部利用多台多级离心泵产生高扬力学原理，挖沟机前部利用多台多级离心泵产生高扬程大流量的强大水柱进行冲击作业，从而冲刷出有效程大流量的强大水柱进行冲击作业，从而冲刷出有效程大流量的强大水柱进行冲击作业，从而冲刷出有效程大流量的强大水柱进行冲击作业，从而冲刷出有效深度和宽度的沟型。深度和宽度的沟型。深度和宽度的沟型。深度和宽度的沟型。该挖沟机对于海底管线挖沟可一次成型，它的速度该挖沟机对于海底管线挖沟可一次成型，它的速度该挖沟机对于海底管线挖沟可一次成型，它的速度该挖沟机对于海底管线挖沟可一次成型，它的速度是根据不

44、同的地质情况有所变化，在粉沙地质可达到是根据不同的地质情况有所变化，在粉沙地质可达到是根据不同的地质情况有所变化，在粉沙地质可达到是根据不同的地质情况有所变化，在粉沙地质可达到2.53m/min2.53m/min的速度；在粘性较高的土质条件下或铁板的速度；在粘性较高的土质条件下或铁板的速度；在粘性较高的土质条件下或铁板的速度；在粘性较高的土质条件下或铁板沙区域，它的速度只有沙区域，它的速度只有沙区域，它的速度只有沙区域，它的速度只有0.8-1m/min0.8-1m/min左右，最下面的宽左右，最下面的宽左右，最下面的宽左右，最下面的宽度在度在度在度在2.12.3m2.12.3m左右，沟深达到左

45、右，沟深达到左右，沟深达到左右，沟深达到2m2m。这种不停产状态海底管线后挖沟技术，已成功应用这种不停产状态海底管线后挖沟技术，已成功应用这种不停产状态海底管线后挖沟技术，已成功应用这种不停产状态海底管线后挖沟技术，已成功应用于胜利油田海洋采油厂的多条海底管线。在导向杆上于胜利油田海洋采油厂的多条海底管线。在导向杆上于胜利油田海洋采油厂的多条海底管线。在导向杆上于胜利油田海洋采油厂的多条海底管线。在导向杆上设有应力传感器是国内同行业首创，将不安全因素降设有应力传感器是国内同行业首创，将不安全因素降设有应力传感器是国内同行业首创，将不安全因素降设有应力传感器是国内同行业首创，将不安全因素降到最低

46、。到最低。到最低。到最低。不停产状态海管后挖沟：不停产状态海管后挖沟：不停产状态海管后挖沟：不停产状态海管后挖沟：不停产状态海管后挖沟：不停产状态海管后挖沟：仿生水草铺设工艺：仿生水草铺设工艺：仿生草是基于海洋仿生学原理而开发研仿生草是基于海洋仿生学原理而开发研制的一种海底防冲刷的高新技术产品。仿生制的一种海底防冲刷的高新技术产品。仿生草是由以下几部分组成：草是由以下几部分组成：1 1、仿生草安全保护网；、仿生草安全保护网；2 2、新型高分子材料加工而成的仿生水草、新型高分子材料加工而成的仿生水草叶片；叶片；3 3、仿生草安装基垫；、仿生草安装基垫；4 4、特殊材料制成的高强度锚带；、特殊材料

47、制成的高强度锚带；5 5、特殊设计的海底锚固装置。、特殊设计的海底锚固装置。作用机理：作用机理：1 1、仿生草叶片在浮力作用下飘浮，海水受到、仿生草叶片在浮力作用下飘浮，海水受到仿生草的柔性粘滞阻尼作用，流速降低，减缓仿生草的柔性粘滞阻尼作用，流速降低，减缓了水流对海床的冲刷。了水流对海床的冲刷。2 2、由于流速的降低和仿生草叶片的阻碍，使、由于流速的降低和仿生草叶片的阻碍，使水流中夹杂的泥沙不断地沉积到仿生草基垫上。水流中夹杂的泥沙不断地沉积到仿生草基垫上。3 3、经过一段时间的沉积，形成沙丘从而有效、经过一段时间的沉积，形成沙丘从而有效的控制了对海床的冲刷，保护了海底结构物。的控制了对海床

48、的冲刷，保护了海底结构物。海底管线治理技术介绍海底管线治理技术介绍仿生水草铺设工艺：仿生水草铺设工艺：在北海海底安装为例：在北海海底安装为例：在北海海底安装为例：在北海海底安装为例：在北海南部石油天然气管线下已发生严重冲刷，管在北海南部石油天然气管线下已发生严重冲刷，管在北海南部石油天然气管线下已发生严重冲刷，管在北海南部石油天然气管线下已发生严重冲刷，管线悬空。管线直径线悬空。管线直径线悬空。管线直径线悬空。管线直径762762762762毫米毫米毫米毫米 ，沙质海床。施工时的海流流速为，沙质海床。施工时的海流流速为，沙质海床。施工时的海流流速为，沙质海床。施工时的海流流速为1.341.34

49、1.341.34米每秒。防冲刷仿生草安装在管线米每秒。防冲刷仿生草安装在管线米每秒。防冲刷仿生草安装在管线米每秒。防冲刷仿生草安装在管线下面，在很短的时间内就形成了淤积沉淀，对管线形成了支撑和保护，并在管线的外部形成沉积沙坝下面，在很短的时间内就形成了淤积沉淀，对管线形成了支撑和保护，并在管线的外部形成沉积沙坝下面，在很短的时间内就形成了淤积沉淀，对管线形成了支撑和保护，并在管线的外部形成沉积沙坝下面，在很短的时间内就形成了淤积沉淀，对管线形成了支撑和保护，并在管线的外部形成沉积沙坝。（附效果阶段图）附效果阶段图）附效果阶段图）附效果阶段图）沉积早期一周以内沉积早期一周以内沉积一个多月后的图片，沉积一个多月后的图片，沙丘已初步形成。沙丘已初步形成。沉积三个月后的图片，沙丘已沉积三个月后的图片，沙丘已进一步得到巩固，形成沙坝进一步得到巩固，形成沙坝 海底管线治理技术介绍海底管线治理技术介绍仿生水草铺设工艺：仿生水草铺设工艺：半年后的情况，只有很短的一段仿生半年后的情况，只有很短的一段仿生草露在外面，一般是草露在外面，一般是10厘米。厘米。是一年后的情况，沙坝已经自然延伸形是一年后的情况，沙坝已经自然延伸形成缓冲和海床融为一体。成缓冲和海床融为一体。(多年后检查多年后检查仍没有变仍没有变)