ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Гидравлика. Геотехника. Гидротехническое строительство

Проблемы моделирования состояния морских трубопроводов на арктическом шельфе при сейсмическом воздействии

  • Муравьева Людмила Викторовна - Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (СГТУ)
  • Овчинников Игорь Георгиевич - Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2019.11.1456-1465
Страницы: 1456-1465
Введение. Представлен подход к изучению модели взаимодействия системы трубопровод – грунт при промерзании грунтов и сейсмическом воздействии. Данная задача связана с проблемами освоения арктического шельфа российского сектора Арктики. Существует особенность техногенных землетрясений, связанная с добычей углеводородов, эти землетрясения, происходят через несколько лет после начала разработки месторождения и приводят к наихудшему состоянию трубопроводов. Цель исследования — разработка методики оценки состояния (прочности) заглубленного морского трубопровода с учетом нелинейности свойств упругого основания при сейсмических воздействиях. Материалы и методы. Исследование базируется на математических моделях оценки прочности конструкции при сейсмических воздействиях в арктических условиях. Результаты получены эмпирическим путем по методике оценки безопасности морского заглубленного трубопровода при сейсмических воздействиях. В работе выполнен анализ материалов действующих арктических оффшорных проектов. Результаты. Разработаны предложения по расчету заглубленных морских подводных трубопроводов на нелинейном упругом основании при сейсмическом воздействии. Предложения представлены на рассмотрение в Российский морской регистр судоходства. Заглубленные в грунт под водой трубопроводы обеспечивают эффективный и безопасный режим транспортировки энергетических ресурсов. Рассмотрены вопросы взаимодействия морских трубопроводов с окружающими грунтами, тепловой режим работы трубопроводов, особенности взаимодействия трубопроводов с мерзлым грунтом, учтены сейсмические опасности, приводящие к повреждениям трубопроводов. Выводы. Решение проблемы оценки состояния морских трубопроводов в арктических условиях с учетом сейсмических воздействий представляет практический интерес для развития путей транспортировки энергоресурсов. Рассмотрено моделирование заглубленного подводного «горячего» трубопровода с учетом нелинейности свойств упругого основания и сейсмического воздействия.
  • Арктический регион;
  • морские заглубленные трубопроводы;
  • термогидромеханические явления;
  • вечная мерзлота;
  • сейсмические воздействия;
  • нелинейное упругое основание;
  • амплитудно-частотная характеристика;
Литература
  1. Boyun Guo, Shanhong Song, Ali Ghalambor, Jacob Chacko, Tian Ran Lin. Offshore pipelines: design, installation, and maintenance, 2nd edition. Gulf Professional Publishing, 2013. 400 p.
  2. Андерсленд О.Б., Андерсон Д.М. Геотехнические вопросы освоения Севера. М. : Недра, 1983. 551 с.
  3. Gautier D.L., Bird K.J., Charpentier R.R., Grantz A., Houseknecht D.W., Klett T.R. et al. Assessment of undiscovered oil and gas in the Arctic // Science. 2009. Vol. 324. Issue 5931. Pp. 1175–1179. DOI: 10.1126/science.1169467
  4. Зарецкий Ю.К. Лекции по современной механике грунтов. Ростов н/Д : Изд-во Рост. ун-та, 1989. 607 с.
  5. Ladanyi B. Mechanical behaviour of frozen soils. Mechanics of Structured Media, Elsevier, 1981. Vol. 5B. Pp. 205–245.
  6. Phukan A. Frozen ground engineering. New Jersey : Prentice-Hall, 1985. 336 p. 
  7. Nixon J.F., Morgenstern N., Reesor S.N. Frost heave — pipeline interaction using continuum mechanics // Canadian Geotechnical Journal. 1983. Vol. 20. Issue 2. Pp. 251–261. DOI: 10.1139/t83-029
  8. Selvadurai A.P., Shinde S.B. Frost heave induced mechanics of buried pipelines // Journal of Geotechnical Engineering. 1993. Vol. 119. Issue 12. Pp. 1929–1951. DOI: 10.1061/(asce)0733-9410(1993)119:12(1929)
  9. Selvadurai P.S., Hu J., Konuk I. Computational modelling of frost heave induced soil–pipeline interaction // Cold Regions Science and Technology. 1999. Vol. 29. Issue 3. Pр. 215–228. DOI: 10.1016/s0165-232x(99)00028-2
  10. Rawlins M.A., Nicolsky D.J., McDonald K.C., Romanovsky V.E. Simulating soil freeze/thaw dynamics with an improved pan-Arctic water balance model // Journal of Advances in Modeling Earth Systems. 2013. Vol. 5. Issue 4. Pp. 659–675. DOI: 10.1002/jame.20045
  11. Aukenthaler M., Brinkgreve R.B.J., Haxaire A. A practical approach to obtain the soil freezing characteristic curve and the freezing/melting point of a soil-water system // Proceedings of the GeoVancouver 2016: the 69th Canadian Geotechnical Conference, Vancouver, Canada. 2016. Pp. 397–404. DOI: 10.1007/978-1-4471-1860-2_3
  12. Berg R.L., Guymon G.L., Johnson T.C. Mathematical model to correlate frost heave of pavements with laboratory predictions // Report CRREL (Cold Regions Research and Engineering Laboratory). 1980. Pр. 80–10.
  13. Андрианoв И.В., Данишевский В.В., Иванков А.О. Асимптотические методы в теории колебаний балок и пластин. Днепропетровск : ПДАБА, 2010. 217 с.
  14. Miranda C., Nair K. Finite beams on elastic foundation // Journal of the Structural Division, Proceedings ASCE. 1966. Vоl. 92. Pp. 131–142.
  15. Hacıefendioğlu K., Kartal M.E., Karaca Z. The effect of seasonally frozen soil on stochastic response of elevated water tank under random excitation // Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 2013. Vol. 27. Issue 4. Pр. 807–818. DOI: 10.1007/s00477-012-0609-6
  16. Kwok A., Stewart J.P. Hashash M.A., Matasovic N.R. Practical implementation of analysis routines for nonlinear seismic ground response analysis // Proceedings of the 8th U.S. National Conference on Earthquake Engineering. 2006. 11 р.
  17. Chen W.F., Liu X.L. Limit analysis in soil mechanics. 1st ed. New York, 1990, Vol. 52. 246 р.
  18. Cimbali W., Marchesani F., Zenobi D. Structural reliability approach to strain based design of offshore pipelines // Proceedings of The Twelfth International Offshore and Polar Engineering Conference, Japan. 2002. Pp. 9–19.
  19. Wang D., Zhao C. Strain-threshold- and frequency-dependent seismic simulation of nonlinear soils // Earthquake Science. 2014. Vol. 27. Issue 6. Pр. 615–626. DOI: 10.1007/s11589-014-0102-z
СКАЧАТЬ (RUS)