台风海况下深水平台锚泊基础连续失效机制与分析方法
批准号:
51939010
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
王立忠
依托单位:
学科分类:
水工岩土工程
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
王立忠
中文摘要
我国南海台风多发,深水区油气资源丰富,油气工程开发迫切需要解决深水浮式平台的锚泊系统安全问题。深水锚泊系统通常由张紧/半张紧的多根锚泊线和相应的锚泊基础(吸力锚、平板锚)组成。已有的墨西哥湾和欧洲北海大量走锚事故表明:锚泊系统在极端海况下存在着各锚点多米诺式连续失效的巨大风险。本项目拟针对典型深水锚泊系统,联合运用理论分析、数值计算、室内试验和现场试验等手段,开展以下研究:分析掌握循环动力加载、循环剪切-重固结作用下深海土的强度演化特性,建立工程实用的本构模型;研究阐明悬张锚泊线-海床土体的循环动力作用过程,厘清锚泊线触底区的冲刷开槽机制;分析锚泊基础上循环动力和出平面加载特性,考虑锚泊线触底开槽效应,研究揭示台风海况下锚泊基础的拔出破坏机制;分析评估单根锚泊线破断后剩余各锚点的连续失效机制,提出台风海况下锚泊系统的安全评价方法。项目研究成果将为我国南海深水锚泊系统设计提供必要的科学依据。
英文摘要
Despite the abundant oil and gas resources in South China Sea, the frequent occurrence of typhoons has been threatening the deep-sea mooring systems for oil and gas platforms. The exploration of oil and gas in South China Sea has therefore necessitated the urge to address the safety of the deep-sea mooring systems, which usually consist of taut/semi-taut multiple mooring lines and anchor foundations (suction anchor and plate anchor) on the seabed. The existing large number of catastrophes in the Gulf of Mexico and the European North Sea has evidenced the great potential of progressive failure for all anchor foundations under the extreme typhoon conditions. For the above reasons, a systematical study including theoretical analysis, numerical simulation, laboratory experiments and field validation is proposed herein, with the principal objectives to (a) understand the degradation behaviour of typical soft marine soils under episodes of cyclic loadings with intervals of reconsolidation, and propose simplified constitutive models for engineering practice; (b) study the dynamic interaction between mooring lines and seabed soil, and reveal the mechanism of scouring and trenching in the touch down zone of the mooring lines; (c) reveal the pullout failure mechanism of anchor foundation subjected to dynamic out-of-plane loadings, with simultaneous occurrence of local trench in the touch down zone of the mooring line; (d) evaluate the risk of progressive failure in the remaining anchors following the breakage of one mooring line, and propose a scientific approach for accessing safety of deep-sea mooring system under extreme typhoon conditions. The research outcomes of this project would address some of the key scientific challenges involved in the design of deep-sea mooring system against the typhoon loadings in South China Sea.
我国东南海域极端台风频发,台风海况荷载复杂多变,深水浮式平台锚泊基础易连续走锚失效,进而导致浮台大幅漂移灾变。当前对台风海况深水平台锚泊基础连续失效的灾变机制认知不清、分析方法缺失。.针对这一问题,本项目开展了一系列基础理论研究和关键技术创新,厘清了深海土循环弱化特性及本构表征,建立了能准确模拟万次循环荷载的海洋土临界状态模型,实现了基于一套材料参数准确模拟小幅荷载循环安定、大幅荷载循环棘轮失稳效应;阐明了锚泊线海床入土段的动力学鞭梢效应,建立了考虑锚链-海床动力相互作用的锚链三维开槽模型并编制计算程序;揭示了台风海况锚泊基础破坏机制,提出了考虑土体非线性和扭转自由度的锚泊基础承载力分析模型,发明了可抑制沟槽、提升承载比的新型芯桶重力锚;研究阐明了我国东南海域极端台风浪水动力特征,揭示了锚泊基础平面外受荷失效机理与诱发条件,建立了考虑深海锚泊系统连续失效机制的安全评价方法。项目成果应用于深水油气平台、深远海浮式风机、南海近岛礁浮台、三锚系十米大型浮标、海洋牧场立体观测浮台、高稳性海面浮体、海港码头浮式橡胶坝等锚泊系统设计,获浙江省科学技术进步奖一等奖、海南省科学技术进步奖一等奖各1项。.在本项目资助期内,项目团队发表学术论文66篇(均已标注项目编号,其中SCI论文59篇),出版学术专著1部《海洋土力学》、教材1部《海洋岩土工程》,申请发明专利11件(已授权8件),登记软件著作权4项。组织国际国内学术会议4次,培养国家级青年人才4人,培养博士生12人(8人毕业,1人获欧盟玛丽·居里学者基金,获全国一级学会/浙江大学优博论文2人次)、硕士生15人(11人毕业)。在资助期内圆满完成了预期研究目标。
海上风电高耐久漂浮式混凝土塔筒设计及应用关键技术
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:王立忠
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依托单位:
台风海域风电结构动力灾变机制与设计理论
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批准号:52238008
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项目类别:重点项目
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资助金额:267万元
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批准年份:2022
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负责人:王立忠
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依托单位:
海底嵌入式管道的管土相互作用机制与屈曲失稳理论
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批准号:51279176
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项目类别:面上项目
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资助金额:72.0万元
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批准年份:2012
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负责人:王立忠
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依托单位:
基于向量式有限元的深海S型铺管三维性状研究
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批准号:51079128
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项目类别:面上项目
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资助金额:37.0万元
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批准年份:2010
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负责人:王立忠
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依托单位:
深海中吸力锚的失效机理及对策
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批准号:50779061
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项目类别:面上项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2007
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负责人:王立忠
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依托单位:
海底管线灾变机理及TDR监控研究
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批准号:50479045
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项目类别:面上项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2004
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负责人:王立忠
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依托单位:
国内基金
海外基金