基于有限元法的船舶拋錨貫入深度探討

余博聞，陳 立，劉 睿

(1.武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430072； 2.河海大學(xué) 港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098)

為防止船舶拋錨破壞水底管線，通常管線上需覆蓋有一定厚度的保護(hù)土層，目前已有規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對水底管線埋深做出相應(yīng)規(guī)定，例如我國的《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50423—2013），《長江干線通航標(biāo)準(zhǔn)》（JTS 180-4—2015）等。盡管如此，隨著水運(yùn)行業(yè)的發(fā)展，船舶噸位逐漸增加，船舶受橫流等不良流態(tài)的影響越來越大[1]，意外拋錨更加頻繁，外加部分船舶水上作業(yè)時(shí)隨意性較大，導(dǎo)致由船舶拋錨造成的水底管線破壞事件頻頻發(fā)生[2-4]。因此，研究船舶拋錨時(shí)錨的貫入深度對保障油、氣等水底管線的安全具有重大意義。

目前，已有不同學(xué)者運(yùn)用不同方法對拋錨貫入深度展開研究。理論分析方面，莊元等[5]通過分析錨下落時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算出錨在海底的貫穿量；Zhu等[6]通過對拋錨不同過程的受力分析及理論推導(dǎo)，得出了錨質(zhì)量與貫穿深度的近似關(guān)系；劉潤等[7]基于能量法及太沙基極限承載力公式研究了錨的觸底動(dòng)能與最終貫入深度之間的關(guān)系。物理模型方面，王洪波[8]通過模型試驗(yàn)研究了霍爾錨與斯貝克錨拋錨貫穿深度，考慮了砂土密度及觸底速度對貫穿量的影響。數(shù)學(xué)模型方面，Gao等[9]采用歐拉-拉格朗日耦合方法建立有限元模型，分析觸底速度和土壤性質(zhì)對貫入深度的影響；張磊等[10]基于有限元程序模擬了錨貫入土體的過程，分析了錨質(zhì)量、水深、拋錨高度及海底底質(zhì)對貫入深度的影響。……