水域危化品输送管线波流作用研究现状分析

钟韡　张世富　胡永攀　毛育文

摘      要： 針对漂浮软管及钢质管线，通过文献调研概述了国内外波流作用研究分析现状，指出漂浮软管在静力分析方面从忽略了软管本身抗弯刚度的经典悬链线方程求解到经典张力梁与悬链线方程结合，再到考虑软管自身弯曲刚度和几何非线性的分析方法的过程。频域分析和时域分析是软管动态分析的两种方法，其中时域分析法的数值方法有有限差分法、Newmark-β、Houbolt等方法。对海底钢管从稳定性和冲刷与防护两方面进行研究分析，其中稳定性考虑内外压及温度等复杂载荷联合作用、地震作用、地形变化3个影响因素，冲刷与防护理论研究不多，关于冲刷的研究大多采用模拟实验进行分析，模拟实验根据条件不同可分为管线在波浪单独作用时的冲刷机理实验研究、管线在单向流作用下的冲刷机理实验研究、管线在振荡流作用下的冲刷机理实验研究3种，关于防护的研究主要有通过加添导流板来实现冲刷坑的自埋、在管线周围利用柔性材料来减小冲刷2种方法。总的来看，国内外对海上漂浮软管的研究较少，应该进一步研究软管材料非线性、几何非线性对于波流作用分析的影响，国内外对于海底钢管受力分析研究很多，但仍未找到普遍适用的理论，应该进一步研究考虑到如地形、地震、砂砾等各个影响因素的普遍适用理论。

关  键  词：危化品;漂浮软管;海底钢管;波流作用

中图分类号：TE835        文献标识码： A      文章编号： 1671-0460（2020）07-1541-07

Analysis on Study Status of Wave-current Effect to

Hazardous Chemicals Pipelines in Waters

ZHONG Wei， ZHANG Shi-fu， HU Yong-pan， MAO Yu-wen

（Natioanl Disaster Emergency Equipment Engineering Technology Research Center，

Army Logistics University of PLA， Chongqing 401331， China）

Abstract： The study status of wave-current effect at home and abroad was summarized through literature research. It was pointed out that the process of static analysis of floating hose developed from classical catenary equation which ignored the flexural rigidity of hose itself to the equation which combined tension beam and catenay to the analysis method which considered the flexural rigidity and geometric nonlinearity of hose itself. The frequency domain analysis and time domain analysis are two methods of hose dynamic analysis， and the numerical methods of time domain analysis include the finite difference method， Newmark-β， Houbolt. The submarine pipeline was studied and analyzed from its stability， erosion and protection. And the study of stability took three factors into account： the combined effect of complex load considering internal and external pressure and temperature， the seismic effect and the topographic change， while a few studies have been conducted on scour and protection. Most of the researches on scour were analyzed by simulation experiments， which can be divided into three scour experimental mechanisms according to the different functions of wave alone， unidirectional flow， and oscillating flow. And self-burial of scour pit by adding guide plate and using flexible material around pipeline to minimize scour were the two main methods of the researches on protection. Researches on floating hose were a few at home and abroad， so the influence of hose material nonlinear and geometric nonlinearity on wave-current should be further studied. There were many researches on force analysis of submarine pipelines at home and abroad， but a universally applicable theory has not been found. Therefore， a universally applicable theory considering such influences as topography， earthquake， gravel should be further studied.

Key words： Hazardous chemicals; Floating hose; Submarine pipeline; Wave-current effect

随着我国沿海各省经济飞速发展，港口的危险化学品的吞吐量在日益增长，这导致了海上突发的事故风险越来越严峻^[1]。同样，对于内河流域，如长江流域，危化品的运输量也在逐年提升，种类繁多且涉及各部门和各环节多，也给长江流域的生态安全带来了严峻的考验^[2-3]。2010年4月16日，“赣荣顺化01”与“华航浦8001”在长江下游白茆水道发生碰撞，载有690 t甲苯的“赣荣顺化01”轮进水，险些酿成重大污染事故;2012年2月2日至3日，在镇江李长荣综合石化工业有限公司化工码头卸货的韩国轮船“FC GLORIA”泄露苯酚约44 t，在当时对镇江、南通、常州等地区造成了较大的社会影响;2018年2月6日，装载着危化品船只“万众肆号”在长江常州段发生爆炸起火，其中一名船员身上着火。在运输危化品过程如若发生泄露或者爆炸事故，不仅对生态环境形成污染，还会造成重大的社会不良影响，所以目前急需可以有效处理危化品事故的应急救援装备，提高危化品事故的应急能力建设尤为迫切^[4]。

1  水面危化品事故处置办法

目前对于水上危化品事故处置方法主要有“侦检”“控制”“清除”“防护”“输转”等方法。“侦检”指的是对有毒气体、可燃气体、水质、温度等检测;“控制”指的是控燃爆、控挥发、控泄露、控扩散;“清除”指的是机械回收、材料吸收、药剂消除、物质消耗，可利用活性炭及高分子吸附材料等吸附剂对污染物进行吸附，通过相应的中和化学品对水体的酸、碱、氧化等污染现象进行处理，也可以利用对具有可燃性且燃烧后无害或者危害不大的危化品进行点燃或利用微生物对污染物进行降解来达到消耗的目的;“防护”指的是防化、防静电、防毒、防腐蚀，对事故源头进行防控;在“输转”方面主要是过驳，在发生危化品泄漏事故时，利用船只来转移事故船只上的危化品货物。但是过驳输转方式存在输转距离短、船只机动速度慢、只能儲存在驳船上等缺陷。因此需要一种可以长距离输转、短时间救援的方式来适应无码头应急救援的现实需要。

利用管线对危化品进行输转是一种很好的新思路和方法，示意图见图1。

但管线在大流速和复杂海况条件下铺设过程和铺设完成的过程中主要受到水流载荷、波浪载荷及风载荷的影响，为了满足管线的安全稳固需求，国内外许多专家学者进行了管线波流作用的研究和分析。

2  国内外水域管线研究分析

水域输送管线主要有水面漂浮和海底两种存在形式，水面漂浮形式管线主要为软管，海底形式管线主要为钢管。漂浮软管可作为FPSO与穿梭油轮的连接纽带、吹沙填海绞吸式挖泥船如“天鲸号”的输泥通道。软管在漂浮时，由于受到风浪流等载荷的联合作用，导致软管的受力非常复杂，而且还容易发生软管翻转、扭曲的不良影响，尤其当水流速度较大时，软管的铺设距离长会导致整体稳定性不够而发生破坏。海底钢质管线可用于深海的油气输送，其特点是承压能力大，强度也高，但是在沉底时需要前期勘探，操作麻烦，不适用与应急救援。国内外在漂浮软管和海底钢管的波流作用分析方面已经进行了很多的理论、模拟和实验研究工作，同时也取得了许多的成果。

2.1  国内外漂浮软管波流作用研究现状

国内外对专门的漂浮软管的文献较少，对立管研究较多，尽管漂浮软管比立管抗弯刚度要小、与海面几何关系不同、受海流作用力更大，但是漂浮软管和立管的抗弯刚度比钢管都要小很多，而且受力时都较像受张力的悬索，所以立管的文献对于漂浮软管的研究有参考和借鉴意义^[5]。海上漂浮软管的研究主要分为两大类：一是在外部风浪流载荷下整体静态及动态分析;二是在内压或外压下的局部分析。除此以外，还有与时间因素相关的疲劳及腐蚀研究。

2.1.1 漂浮软管在外部风浪流载荷下整体静态及动态分析

对于整体分析来说，静态分析是指软管在外部静力作用下的受力及形变。软管在静力作用下像有张力的悬链，所以最初的软管静力分析主要是通过经典悬链线方程来进行求解。但该方法认为软管是没有弯曲刚度的一根柔软绳索，只考虑了自重及外部的海流作用，从而无法求出软管受到的弯矩。动态分析是指软管在波流作用下的动态反应，计算可分为频域分析和时域分析两类，可以用确定性和随机性分析两种方法来对波浪进行处理。

Goulos及Peyrot^[6]在1979年运用经典悬链线方程对漂浮软管进行静力计算。该方法没有考虑到软管自身的弯曲刚度，只考虑了自重及受到的海流力，从而使结果与实际变形存在误差。但其结果可作为下步精确计算的基础。

Peyrot^[7]在1982年利用张力梁方程在局部坐标系下来研究软管。此方法通过有限元的方法，利用小段的已知的一边受力和边界条件来求解另一边，通过多次重复求解从而逼近最后一边所需要的结果。通过结合张力梁方程同悬链线方程相结合可以解决由于忽略自身弯曲刚度带来的误差问题，从而可以分析所受弯矩。

Ractliff^[8]在1985年对张紧和松弛悬链线形软管分别进行了静态分析，利用解析方法研究了软管的跨度、重量、长度、端部张力、软管最高点和最低点之间的垂直距离等参数之间的关系。

Langer^[9]在1985年运用考虑了弯曲刚度的有限差分法对悬链管道进行计算，允许管道性质在管道长度方向的改变，得到了曲率与弯曲的非线性关系。

Y.T.Chai等^[10]在2006年在绝对坐标下基于位置坐標及其导数描述挠性管的非线性运动，并扩展到弯扭耦合，并能避免在局部坐标系下管道受内部流体流动与有摩擦力的不规则海床影响的有限节点运动。

孟浩龙、吕宏庆等于2003年利用建立数学模型如“海上浮动软管的静态数学模型”^[11]和“海上浮动软管的三维静力分析”^[12]对海上处于静力状态漂浮软管进行了研究，在得到软管的偏移及其所受的拉弯剪力的基础上，对其作了初步的动态分析，在静力计算层面上为海上管线设计的提供了方法，但在建模过程中忽略了浮筒对管组的影响。

赵伟^[13]于2004年在基于建立的基于广义变分原理的三维有限元模型基础上，通过运用增量漂移法和迭代法求解了该模型。为了求解漂浮软管在海流作用下的张力和弯矩，又在此两类方法的基础上，编出了软管二维和三维静态分析的计算程序。

吕晨亮等^[14]于2005年研究了波纹管的扭转特性，比较了基于旋转壳理论的C型波纹管和U型波纹管的扭转刚度的积分计算公式与有限元分析之间的关系。

张世富、张骞、王云龙等^[15]在2007年对钢质管线在漂浮状态进行了非线性动力分析和静力分析，同时分析了波浪载荷对海上漂浮钢质管线的变形影响以及管道内流体的流动对管线变形的影响。

张世富、陈畅等^[16]在2015年利用不完全淹没圆柱体模型对Morison公式进行了改进，并利用推导出的基于简化梁的海上软管拉力计算公式进一步优化软管的锚固方案。

赵东伟、吴世德等^[17]在2017年通过建立软管组与浮筒相连接的整体静力模型，考虑管组与主管影响，研究得出整体静态荷载在管线漂浮时趋近于线性分布，降低了求解管组弯矩分布的难度。但存在建模过程中忽略了变径管及尾管与主管存在质量差的问题。

纪志远，程久欢等^[18]在2018年利用CAESARII软件分析了某海上CALM单点管道所受到的应力，详细介绍了如何对CALM单点管线进行优化设计，编制了 CALM单点管道应力分析计算工况，得到了应力计算分析要考虑重量控制及应力比，也要考虑漂浮外载对管道壁厚也有影响的结论。

张世富、杨东宇等^[19]在2018年利用Ansys软件分析了装配式管道在漂浮状态下对油船进行输送时的受力状态，计算了对管道影响较大的力，得出了未超过屈服极限值的理想锚固距离。

金邦杰、赵宏林等^[20]在2019年建立有限元模型，对漂浮软管进行静力和动态分析。通过施加弯矩及将软管简化为一根梁的方法，利用等效方法及瞬态分析，得出软管中间部分需要具有较高抗弯曲及拉伸的特性。该研究结果对漂浮软管的设计具有参考作用。

2.1.2  漂浮软管在内压或外压下的局部分析

对于局部分析来说，不仅限于大口径的软管，复合材料层合管结构如金属编制胶管及波纹管也在研究范围内。

J.F.McNamara和A.M.Harte^[21]在1992年提出了黏合的多层挠性管对一般载荷和压力的响应的三维分析模型。 给出了精确的有5层的示例管的层间压力的径向分布图，该模型可以对各个层中的变形和应力进行详细评估。

D.B.Mciver^[22]在1995年对黏合管及非黏合管进行研究，通过将各同性层考虑为厚壁圆筒、加强带为有扭曲刚度的曲梁结构，考虑各层间的摩擦，最终得到了在考虑管道拉、弯、扭、剪、温差等载荷条件下的力学响应。

A.Bahtui^[23]在2008年建立了一个新的柔性挠性管本构模型来模拟非黏合挠性管的滞后效应，通过考虑内外压和弯曲的有限元模拟，提出了在评估结构时运用在不同层之间的摩擦和连续介质微平面之间滑移条件下的解析法有误差，而通过运用实验验证的有限元模型是更为可行的办法。

戚圣好、赵宏林等^[24]在2018年对漂浮输油软管承受径向压载时发现，螺旋钢筋层的径向压载与径向压缩量呈现明显的线性关系，且在一段初始的压缩量以后，其良好的线性关系会在之后的相当大一段压缩量之内保持。

2.1.3  漂浮软管疲劳研究分析

对于与时间因素有关的疲劳现象是指在循环足够多次的加载载荷后，材料局部发生断裂或者是出现裂纹的永久变化。根据载荷类型分类，疲劳一般可分为随机疲劳、冲击疲劳、接触疲劳、声疲劳、微动磨损疲劳，一般经历裂纹萌生-裂纹稳定扩展-裂纹断裂3个阶段，是一个积累的过程。对于管线因震动而进行的疲劳分析一般可划分为两个方向：一是水平面内平行于波浪作用的振动;二是垂直平面内垂直于波浪作用的振动。

Zhang Y^[25]在2003年介绍了用于预测关于疲劳寿命、压溃破坏和轴向压缩问题下非黏合挠性管疲劳性能的方法。给深水油田的开发提供了关于柔性管道疲劳破坏的可行办法。

Smith等^[26]在2007年在破碎波作用下对非黏合挠性管进行了疲劳分析。指出管道复杂的复合结构很大程度上导致了疲劳设计的保守计算，并介绍了可以具有更长疲劳寿命的先进方法。

Lassen等^[27]在2010年通过对一个海上装卸浮标系统的装卸软管进行极限载荷抵抗和疲劳耐性的研究，对软管进行了局部疲劳破坏情况分析，提出对十年间隔更换的配件应该进行针对疲劳的形状优化。

时文斌、高强等^[28]在2018年利用ABAQUS软件对漂浮软管进行有限元分析，通过建立有限元模型来分析静态下漂浮软管在有内压和弯矩作用下的情况。除此以外，利用水平方向的Morison方程得到了软管的载荷谱，建立了漂浮软管的疲劳寿命分析模型，得到了软管的疲劳寿命。

2.2  國内外海底管线波流作用研究现状

目前钢质管线在海上的应用，多是作为海底管线进行使用的。管线在海底主要承受海床冲刷力、大流速海流力、海床滑移、悬跨等影响。归纳来看，国内外对于海底管线的研究主要有两类：一是在管线稳定性研究;二是在管线冲刷与防护研究。

2.2.1  海底管线稳定性研究

海底钢管稳定性研究主要考虑3个影响因素：一是内外压及温度等复杂载荷联合作用;二是地震作用;三是所处如发生滑坡、悬空和液化等地形变化导致不稳。

对于稳定性的理论方法研究主要有静态分析法、动态分析法和半动态分析法。静态分析法就是考虑管道自重、波流作用、土质摩擦的静力平衡，但是因为只考虑了海床土质的摩擦因素，造成此方法对管道-流体-海床联合作用的分析不够。随着对该问题的认识逐步加深，发展出了考虑管道-流体-海床联合作用的动态分析法，该方法可以利用通过静力分析得到的平衡状态作为初始状态。动态分析法通常是一种时域解法，基本原理是将周期性动力载荷作用在管道上，其数值方法可分为有限差分法、有限元法及集中质量法3类。为了较短时间内计算出较精确的结果，可用半动态分析法。半动态分析法是忽略掉动态分析中的次要因素，以静态分析公式形式替代，通常采用数值方法的理论方法和模型实验法相结合的方式来分析管道的稳定性。

Clukey等^[29]在1989年阐述了波-管-土相互作用的重要性，通过实验表明，土壤的迅速致密化可以有效降低液化风险，也可以防止管道浮到海面。

Yucheng Li等^[30]在1997年对雷诺数较高的海底管道周围不可压缩的湍流就行了3步有限元方法（FEM）和大涡模拟（LES），通过二维和三维数值模拟，得到了数值模拟与物理模型的波流作用非常吻合。

C Kalliontzis^[31]在1998年借助有限元模型，运用松弛算法研究了海底管道对地震产生的垂直海底运动的动力响应，得到了强烈运动的垂直加速度地震记录的响应谱，为管道的稳定性研究提供了初步的指导。

J Zhou等^[32]在2001年基于Morison方程，考虑海水对管道的影响，借助有限元模型推导了自由跨度海底管道在地震载荷作用下的动力学方程，并提出了控制管道响应的办法。

邱大洪等^[33]在1989年分析研究了海底管线在基于一阶椭圆余弦波理论下的深海海底的非线性波浪渗流力的解析解。

戴英杰等^[34]在1996年研究了悬跨段海洋管道的非线性自由振动，发现了管道自由震动频率与水深成正相关关系，与张力成负相关关系。然而悬跨管道和漂浮管线有很多的不同，首先悬跨管道离海底比较近，而漂浮管线主要在海面上或者离海面几十厘米。其次悬跨管道受到的海流相对漂浮管道更大，而漂浮管道相对悬跨管道来说更容易受到波浪、海流以及风力的影响。

李昕^[35]在2003年对不同物质等因素对海底悬跨管道所产生的动力反应影响进行了分析。

张世富，刘梁华^[36]在2012年对锚固状态下的野战钢质管线的可能失效模式进行了研究，分析了在内压和外载下的管线弯曲变形和应力情况。通过对海底管线的变形状态和受力情况进行模拟，得到了在不高于四级海况情况下的海底管线最佳锚固距离。

武慧生^[37]在2017年利用ANSYS软件对海底管道的悬空段进行研究，分析得出了对管线影响最大的地震波与土壤分别为EL-Centro波及粉砂土，给海底管道的设计提供了基础。

张磊、王振宁等^[38]在2017年利用ANSYS/LY- DYNA程序模拟了锚贯入海床的过程，得出该过程中海床与锚的能量和位移变化，对海底管道由于一定埋深的海床在应急抛锚荷载作用下的保护效果进行了分析，确定了管道在考虑锚贯入海床深度因素下的安全埋深值。

黄启峰、郭海燕等^[39]在2018年利用ANSYS/LY- DYNA软件对海底管道遭受坠物锚击进行了损伤试验与数值模拟研究，建立了有限元模型，得出海底管道的凹陷损伤与坠物质量和坠落高度成正相关关系的结论。

程永舟、肖丹等^[40]在2018年建立了物理模型，通过该模型试验研究了管线在砂质海床上的受力情况，并对波浪的高度、周期以及管线由于波浪与管线的夹角所受波浪力的影响进行了研究分析。

陈俊文、王畅等^[41]在2020年对海底管线在位稳定性进行分析，通过DNVGL体系得出相较于统一配重的海底管线，基于最大允许自由悬跨长度和铺设中综合应力分析的分段配重海底管线能满足在位稳定性要求，且更加经济。

2.2.2  海底管线冲刷与防护研究

目前，国内外对于海底管线附近海床冲刷机

理^[42-50]研究不多，大多都采用模拟实验的方法对其进行分析。模拟实验根据设置条件不同，可分为3类：一是管线在波浪单独作用时的冲刷机理实验研究;二是管线在单向流作用下的冲刷机理实验研究;三是管线在振荡流作用下的冲刷机理实验研究。由于海底管线的环境更加复杂多变，可采用有效的防护措施保护管线。防护措施主要有两类：一是通过加添导流板来实现冲刷坑的自埋;二是在管线周围利用柔性材料来减小冲刷。

Y.M.Chiew^[51]在1993年研究了扰流板方位对海底管道周围波浪诱发冲刷的影响。通过纯波浪作用的实验表明扰流板可以增加管道下方（隧道冲刷）和下游（清水冲刷）的冲刷量。

Azamathulla H M^[52]在2014年利用LGP建立模型对倾斜管道的冲刷进行模拟，之后利用物理模型验证了该模型可以较好预测冲刷深度。

秦崇仁等^[53]在1995年基于管线附近海床冲刷由于水深、管径、波要素和泥沙性质变化而产生的变化和影响，计算了冲刷稳定后坑的大小和冲刷的临界波浪条件。

浦群等人^[54]在1999年通过利用抽气式U型振荡流水槽生产周期性的水体振荡对振荡流中管道附近海床的冲刷过程进行了模拟实验。分析实验数据后，得到了无因次参数e/D和KC数之间的关系，并给出了最大平衡冲刷深度S与KC数的拟合关系式。

羊皓平^[55]在2001年进行了多种床面下的流动显示实验和水动力测量实验模拟，对流场特性和水动力特性由于冲刷带来的变化进行了分析，并对管线在振荡绕流中的冲刷机理进行了探讨。

赵冬岩，余建星等^[56]在2009年通过对海底管线防冲刷技术的基本原理的应用，提出了仿生“人工草”固定法，并结合现有工程项目进行了试验研究，有效地解决了管道由于海底冲刷而造成的悬空问题。

杨立鹏^[57]在2012年研究了海底管线周围床面的局部冲刷及其防护方法，推导得出了冲刷起动在波浪作用下的临界压力差和临界波高公式，并建立了在安装刚性导流板后的管线冲刷深度的计算公式，对工程的实际应用有很强的指导作用。

许文兵、王法承等^[58]在2017年模拟研究了海底管线的冲刷过程，通过与试验结果进行对比，验证了在研究过程中应用的水动力模型与改进的泥沙冲刷模型的可靠性，并将其应用于淤泥质海床上往复潮流作用下海底管线局部冲刷研究。

姜文全、姜昊君等^[59]在2018年通过分析导流板对海底管线下沉自埋及涡振影响时，发现管线在上、下表面的海流区域形成压力差的情况下更容易下沉自埋，压力差与导流板的夹角成正相关关系。管线正上方安装导流板时，管线由于导流板和管线后侧压力波动变化而产生涡激振动现象，存在疲劳破坏隐患。

杨少鹏^[60]在2018年根据力学平衡原理，采用流体的连续性条件，推导了管线在安装阻流器且有间隙情况下冲刷稳定时的冲刷深度计算公式，发现了冲刷深度主要受到冲止流速及流速分布的影响。

程永舟、杨董为等^[61]在2018年对海底管线在斜坡上的三维冲刷特性进行了研究，在考虑规则波和波浪港池实验的作用下，采用中值粒径为0. 22 mm的原型沙铺设与波浪传播方向成45°夹角的1∶15斜坡，测量了管线下方最大冲刷坑深度河近岸波高变化的差异，对最大冲刷坑范围、深度由于波高和周期带来的影响进行了分析。

3  结束语

通过所查文献可以看出，对于水域管道的相关理论较早就有开始研究，国内外专家学者也做了大量的研究工作。

对于漂浮软管，从最开始忽略了自身弯曲刚度的基于悬链线方程求解办法，到之后结合经典张力梁方程与悬链线方程来求解管线所受的弯矩，再到运用有限元法及有限差分法对考虑软管自身弯曲刚度和几何非线性进行建模，这也是一个从纯静态分析到动态分析的发展过程。对于建立的模型采用增量及增量平衡迭代算法进行求解。在查阅文献发现存在对管线分析过程中存在将管线质量均匀化、忽略了可能存在的载荷分析如冰载荷等问题，下步可多考虑建立管线质量实际分布得更为细致的模型进行求解，考虑到世界上有些结冰地区有石油产生和我国结冰的河流，应该将冰载荷考虑进载荷的分析之中。

对于海底管线，管线所处地区多变，环境载荷复杂。通过阅读文献，国内外学者对冲刷进行了很多研究，理论分析比数值模拟和试验少，虽然逐步在考虑多个影响因素的条件下进行建模，但至今未找到普遍适用的理论，同时发现之前的研究基本针对无缺陷管線，实际上管线在时间久了以后会被腐蚀或遇到地形变化而遭到局部不完全破坏，以后可以多研究针对冲刷机理的普遍适用理论，还有对有缺陷管道的管土作用进行进一步安全研究。

参考文献：

[1] 王颢.集装箱船载危险化学品泄漏污染事故海洋环境应急监测与思考——以“达飞巴莱里”触礁事故为例[J]. 海洋开发与管理，2014，31（06）：81-87.

[2]王海潮，庞博. 聚焦长江危化品运输安全[J]. 中国海事，2016（6）：6-9.

[3]何友龙. 试论内河水域危化品灾害事故处置中的问题与对策[J]. 江西化工，2014（3）：189-190.

[4]王海潮，庞博. 长江危化品事故应急亟待加强[J]. 中国海事，2016（6）：10-13.

[5]由丹丹. 波浪和流作用下漂浮软管的动力分析[D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009.

[6]PEYROT AH， GOULOIS AM.Analysis of cable tructures[J].Computers & Structures，1979，10：805-813.

[7]PEYROT AH. Large Deflection Analysis of beams，pipes or poles [J].Journal of Engineering Structure，1982，4（1）：11-16.

[8]RACTLIFF， A.T. The Validity of Quasi-static and Appriximate Formulae in the Context of Cable and Flexible Riser Dynamics[A].Proceedings of the Conference on Behaviour of Offshore Structures[C].Amsterdam， Netherlands，1985.

[9]LANGNER C.G. Relationships for deepwater Suspended Pipe Spans[A]. Proc Ocean and Marine Engineering.New Orleans， Lousiana， 1985，10：552-558.

[10]CHAI Y T，VARYANI K S.An absolute coordinaate formulation for three-dimensionalflexible pipe analysis[J].Ocean Engineering，2006 （33）：23-58.

[11]孟浩龙，吕宏庆，李著信，等.海上浮动软管的静态数学模型[J].油气储运，2002（3）：10-12.

[12]孟浩龙，吕宏庆，李著信，等.海上浮动软管的三维静态分析[J].海洋工程，2003（1）：109-112.

[13]赵伟.海上漂浮输油软管非线性静动态反应分析研究[D].中国石油大学，2004.

[14]吕晨亮，叶庆泰.波纹管抗扭刚度的计算[J].上海交通大学学报，2005（2）：317-319.

[15]王云龙，张世富.钢质管线海上漂浮浅析[J].：中国储运，2009（8）：91-93.

[16]ZHANG S F， Chen C， ZHANg Q X， et al. Wave Loads Computa- tion for Offshore Floating Hose Based on Partially Immersed Cylinder Model of Improved Morison Formula[J]. The Open Petroleum Engineering Journal， 2015，8（1）：130-137.

[17]赵东伟，吴世德，胡栋，等. 基于输油系统的海上漂浮软管静力学特性研究[J]. 石油机械，2017，45（11）：31-36.

[18]纪志远，程久欢，琚选择，等. CALM单点管道应力分析基于CAESAR Ⅱ软件的优化设计[J]. 石油和化工设备，2018，21（1）：31-35.

[19]张冬梅，张世富，杨东宇，等. 基于ANSYS的装配式管道海面铺设强度分析[J]. 重庆理工大学学报（自然科学），2018，32（9）：76- 81.

[20]金邦杰，赵宏林，高强，等.漂浮软管的弯曲和动态特性分析[J].石油机械，2019，47（1）：37-43.

[21]MCNAMARA J F， HARTE A M Three-Dimensional Analytical Simula- tion of Flexible Pipe Wall Structure[J].Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering，1992，115：46-51.

[22]MCIVER D B. A method of modelling the detailed component and overall structural behavior of flexible pipe sections，1996，9（9）： 885- 904.

[23]BAHTUI A. Development of a Constitutive Model to Simulate Unbond- ed Flexible Riser Pipe Elements[D]. Brunel University， 2008.

[24]戚圣好，赵宏林，胡栋，等. 漂浮输油软管的径向压载模拟研究[J]. 石油机械，2018，46（5）：110-114.

[25]ZHANG Y. State of the art analytical tools improve optimizat ion of unbonded flexible pipes for deepwater environment[A].The 2003 Offshore Technology Conference[C]，Houston Texas ，2003.

[26]SMITH R， O BRIENP， O SULLIVAN T.WEIBE C. Fatigue analysis of un-bonded flexible risers with irregular seas and hysteresis [A].Offshore technology conference[C].Houston Texas，2007.

[27]LASSEN T， EIDE AL， MELING TS. Ultimate strength and fatigue durability of steel reinforced rubber loading hoses[A].International Conference on Ocean，Offshore and Artic Engineering[C]. Shanghai，2010.

[28]時文斌，高强，安晨，等. 环境载荷下漂浮软管的疲劳寿命分析[J]. 力学与实践，2018，40（2）：180-187.

[29]CLUKEY E C， VERMERSCH J A， KOCH S P， et al. Natural Densification by Wave Action and Sand Surrounding a Buried .Offshore Pipeline[A]. Proceedings of the 21st Annual Offshore Technology Conference[C]. 1989.

[30]LI Y C， CHEN B.The Numerical Simulation of Wave Forces On Seabed Pipeline By Three-Step Finite Element Method And Large Eddy Simulation [J].The Seventh International Offshore and Polar Engineering Conference.Hawaii，1997，2（1）：273-277.

[31]KALLIONTZIS C. Numerical simulation of submarine pipelines in dynamic contact with a moving seabed[J]. Earthquake Engineering and Structural Dynamics， 1998， 2（7）： 465-486.

[32]ZHOU J， LI X， MA CX Seismic response and vibration control for free spanning submarine pipelines [A]. Proceedings of the 11th International Offshore and Polar Engineering Conference[C]. Stavanger， Norway： The Eleventh International Society of Offshore and Polar Engineers， 2001 （2）： 180-184.

[33]孙昭晨，邱大洪.作用于可渗可压缩海床上墩柱底部的渗流力[J].海洋学报，1989，11（3）：364-371.

[34]戴英杰，宋甲宗.悬跨段海洋管道非线性自由振动分析[J].大连理工大学学报，1996，39（6）：756-760.

[35]李昕，刘亚坤，周晶，等. 海底悬跨管道动力响应的实验研究和数值模拟[J]. 工程力学，2003，20（2）：21-25.

[36]刘梁华. 钢质野战管线海上沉底铺设关键技术研究[D]. 重庆：后勤工程学院，2012.

[37]武慧生. 地震波作用下海底管道反应分析[D]. 大连：大连理工大学，2017.

[38]张磊，王振宁，甘浪雄，等. 基于有限元法的海底管道埋深计算[J]. 船舶工程，2017，39（11）：93-98.

[39]黄启峰，郭海燕，李伟，等. 海底管道受坠物锚击损伤试验与数值模拟研究[J]. 海洋工程，2018，36（3）：84-88.

[40]程永舟，肖丹，刘柏麟，等. 砂质海床上海底管线的斜向波浪力试验研究[J]. 海洋通报，2018，37（1）：113-120.

[41]陈俊文，王畅，汤晓勇，等. 海底输气管道在位稳定性设计要点探讨[J]. 当代化工，2020，49（3）：693-696.

[42]CEVIK E， YUKSEL Y， Scour under submarine pipelines in waves in shoaling conditions[A]. J. Waterway， Port， Coastal and Ocean Engineering， ASCE，1999， 125（1）：9-19.

[43]程永舟，鲁显赫，易蕾，等. 斜向波作用下海底管线周围床沙组成变化[J]. 水科学进展，2016（5）：735-742.

[44]潘冬子，王立忠，潘存鸿，等. 推进波作用下海底管线周围局部冲刷试验研究[J]. 海洋工程，2007（4）：27-32.

[45]肖荣鸽，魏炳乾，陈刚. 海底管道悬跨段振动特性研究[J]. 自然灾害学报，2016，25（1）：130-136.

[46]刘洁. 波浪作用下底泥特性及其质量输移研究[D]. 天津：天津大学， 2015.

[47]尹令实，李小超，程永舟.波浪作用下斜坡海床上管线冲刷防护技术研究[J]. 中国水运，2016，16（10）：212-216.

[48]吴迅，贾留锁，王艺桥. 预应力混凝土结构的应变控制分析[J]. 石家庄铁道大学学报（自然科学版），2012，24（1）：31-34.

[49]刘立名.海底管线涡激振动可靠性研究[D].天津：天津大学， 2003.

[50]刘名名. 波浪作用下海底管道振动与局部冲刷耦合作用数值研究[D]. 大连：大连理工大学，2016.

[51]CHIEW Y M. Effect of spoilers on wave-induced scour at submarine pipelines[A]. J. Waterway， Port， Coastal and Ocean Engineering， ASCE， 1993， 119（4）： 417-428.

[52]AZAMATHULLA H M，YUSOFF M A M，HASAN Z A.Sour below submerged skewed pipeline[J].Journal of Hydrology，2014，509：615-620.

[53]秦崇仁，彭亚. 波浪作用下海底裸置管道周围的冲刷[J]. 港工技术，1995（3）：7-12.

[54]浦群，李坤. 管线振荡绕流对砂床的冲蚀[J].力学学报，1999，31（6）：677-681.

[55]羊皓平. 振荡流中的冲蚀及其对管线所受水动力特性的影响[D]. 北京：中科院力学所，2001.

[56]赵冬岩，余建星，李广雪，等. 海底管线防冲刷技术试验研究[J]. 哈爾滨工程大学学报，2009，30（6）：597-601.

[57]杨立鹏. 波浪作用下的海底管线冲刷与防护技术研究[D]. 青岛：中国海洋大学，2012.

[58]许文兵，王法承，贾宏伟，等. 往复流作用下海底管线冲刷模拟研究[J]. 泥沙研究，2017，42（3）：36-41.

[59]姜文全，姜昊君，杨帆，等.导流板对海底管线下沉自埋及涡振影响[J].中国石油大学学报（自然科学版），2018，42（2）：147-152.

[60]杨少鹏，拾兵. 海底管线作用下沙质海床冲刷深度的计算[J]. 哈尔滨工程大学学报，2018，39（6）：984-989.

[61]程永舟，杨董为，鲁显赫，等. 斜向波作用下斜坡海床上管线三维冲刷特性[J]. 哈尔滨工程大学学报，2018，39（5）：863-869.

基金项目：国家重点研发计划项目（项目编号：2018YFC0810402）。

收稿日期：2020-04-07

作者简介：钟韡（1996-），男，四川内江人，硕士研究生，研究方向：从事石油与天然气工程管线方面研究。E-mail：756603368@qq.com。