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1、第37卷第4期中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)37(4):636~6402007年4月PERIODICALOFOCEANUNIVERSITYOFCHINAJuly,2007海洋平臺(tái)樁基周圍沖刷過程及沖刷機(jī)理分析1,222孫永福,宋玉鵬,邊淑華(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院,山東青島266100;2.國(guó)家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061)摘要:對(duì)埕島油田典型平臺(tái)周邊多年的水深地形資料進(jìn)行分析對(duì)比,研究平臺(tái)樁基周圍沖刷過程,探討樁柱周圍形成沖刷坑的沖刷深度、幾何形態(tài)和分布特征,分析其沖刷機(jī)理。結(jié)果表明,平臺(tái)建成初期樁基沖刷劇烈,周圍海底形成以平臺(tái)為中心的盆
2、狀地形,經(jīng)歷近1年的時(shí)間逐步達(dá)到?jīng)_淤平衡。沖刷坑形態(tài)特征主要由水動(dòng)力條件控制。關(guān)鍵詞:樁基周圍沖刷;沖刷坑幾何形態(tài);沖刷機(jī)理中圖法分類號(hào):P753文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16725174(2007)0463605以樁柱結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的石油平臺(tái)在海洋工程中占據(jù)目前對(duì)于樁基沖刷的研究由于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺了很大的比重。平臺(tái)的建立改變了此區(qū)域原來的水動(dòng)乏,主要通過模型試驗(yàn)來開展。現(xiàn)有的模型試驗(yàn)中,很力條件,在樁柱前方形成二次流并在其周圍形成漩渦,難能夠依靠建立的比尺模型精確描述波浪、潮流作用樁柱周圍流速加快,會(huì)對(duì)周圍的海底產(chǎn)生局部沖刷
3、,形下的樁基實(shí)際沖刷過程和形成沖刷坑的幾何尺寸,同成沖刷坑,進(jìn)而影響平臺(tái)穩(wěn)定性。樁基沖刷的問題最時(shí)在海洋工程中很難把模型試驗(yàn)得到的結(jié)果直接應(yīng)用[1]到設(shè)計(jì)中。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用到工程中去的一個(gè)主要限早在1960年代末由Palmer提出,他現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)了波浪[6]與水流聯(lián)合作用下單樁周圍海底的沖刷坑形成過程與制是缺乏恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)方面的比尺準(zhǔn)則。局部沖刷速率,得出了當(dāng)土體的中值粒徑范圍在0.12另外,對(duì)于試驗(yàn)得出的樁基最大沖刷深度計(jì)算公式,也~0.63mm范圍內(nèi)時(shí),沖刷坑的形態(tài)和最大深度與土缺乏足夠可靠的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證。目前樁基沖體特性無關(guān)的結(jié)論。1970年代
4、以后,隨著樁基沖刷問刷研究主要針對(duì)的底質(zhì)類型多以砂為主,而對(duì)于底質(zhì)題越來越受關(guān)注,對(duì)此領(lǐng)域的研究投入逐漸增多。為粉粘土的情況卻所知甚少。[2]Chow和Herbich通過室內(nèi)試驗(yàn)研究了不同組合樁在埕島油田現(xiàn)有平臺(tái)70余座,年產(chǎn)石油200多萬波、流作用下的沖刷過程,發(fā)現(xiàn)相對(duì)沖刷深度S/H(S噸,平臺(tái)目前也面臨著樁基沖刷的問題。國(guó)家海洋局為穩(wěn)定后沖刷深度,H為波高)隨著波陡H/L以及相第一海洋研究所于1988~2000年期間,對(duì)黃河三角洲2對(duì)深度h/gT(L為波長(zhǎng),h為水深,g為重力加速度,北部埕島海域CB25C和CB12C2個(gè)井組平臺(tái)樁柱周[3]圍的局部和區(qū)塊水深
5、進(jìn)行了多次測(cè)量,并獲取了底質(zhì)、T為波周期)的增加而增大。Sumer等通過細(xì)致的試驗(yàn)觀測(cè)了單純波浪作用下的圓樁基礎(chǔ)的沖刷狀況,潮流等實(shí)測(cè)資料。本文通過運(yùn)用以上資料,對(duì)典型平[4]同時(shí)還考慮了時(shí)間比尺的影響。Atilla和Magnus通臺(tái)樁基沖刷過程及沖刷坑分布特征進(jìn)行論述,進(jìn)而分過對(duì)波浪作用下樁基沖刷長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析樁基沖刷機(jī)理。析,認(rèn)為樁柱周圍形成沖刷坑的深度主要受參數(shù)K.C1研究區(qū)地理位置及地形地貌特征影響,而對(duì)于沖刷坑的寬度,則主要取決于樁的幾何形狀及海流的特征,與其他參數(shù)無關(guān)。國(guó)內(nèi)關(guān)于樁基沖埕島油田地處渤海灣的南側(cè)灣口,與萊州灣和渤刷的研究最早始
6、于1980年代初,首先是從棧橋式碼頭海中央?yún)^(qū)相連接,海區(qū)位于現(xiàn)代黃河三角洲的前緣,[5]的樁基沖刷開始的。中國(guó)學(xué)者王汝凱與合作者在美118!43?E~119!02?E,38!06?N~38!18?N,油井分國(guó)得克薩斯農(nóng)工大學(xué)進(jìn)行了波浪與恒定流聯(lián)合作用下布范圍達(dá)500km2。地勢(shì)西南高、東北低,是黃河1953小直徑樁柱周圍的局部沖刷試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)波流聯(lián)合作用~1964年神仙溝流路和1964~1976年刁口流路走河時(shí)的局部沖刷深度比單純波或單純流作用時(shí)的沖刷深期間形成的2個(gè)亞三角洲。度大,提出了普遍沖刷深度、局部沖刷深度和總埕島油田現(xiàn)有50多座井組平臺(tái)分布在水下岸
7、坡沖刷深度的概念,并提出了最大沖刷深度計(jì)算公式。和海底平原上,平臺(tái)的建立改變了附近海區(qū)原有的水動(dòng)收稿日期:20060604;修訂日期:20070312作者簡(jiǎn)介:孫永福(1964),男,博士生,研究員,主要從事海洋工程環(huán)境研究。Email:sunyongfu@fio.org.cn4期孫永福,等:海洋平臺(tái)樁基周圍沖刷過程及沖刷機(jī)理分析637力條件,對(duì)海底產(chǎn)生了較強(qiáng)烈的侵蝕作用,在受底質(zhì)差異的影響下,形成了沖刷坑和沖刷坑外圍的沖刷溝槽、紋狀沙波、沙斑等海底微地貌類型。本文通過分析多次現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)所得的CB25C及CB12C井組平臺(tái)區(qū)水深地形資料以及地貌形態(tài)
8、特征,重點(diǎn)討論兩組平臺(tái)的
