پاسخ ناشی از موج بستر دریا پیرامون یک سکوی دریایی فونداسیون شمعی
چکیده
در این مقاله، یک مدل عددی یکپارچه سه‌بعدی شامل زیرمدل موج و بستر دریا به منظور بررسی پاسخ ناشی از موج پیرامون یک سکوی فونداسیون شمعی توسعه داده می‌شود. زیرمدل موج بر پایه معادله‌های میانگین حجمی-میانگین رینولدز-ناویه استوکس (VARANS) با روش انسداد آشفتگیk-εاست، و روش حجم سیال (VOF) برای ردیابی سطح آزاد آب به کار می‌رود.بستر دریا به عنوانیک محیط متخلخل ایزوتروپ و همگن در نظر گرفته شده و توسط معادله‌های به صورت بخشی دینامیک بیوت (مدل u-p) توصیف می‌شود. بر پایه نتایج عددی، توزیع میدان جریان پیرامون فونداسیون شمع بررسی خواهد شد. سپس، یک مقایسه جامع بین یک مدل سکوی فونداسیون شمع و یک مدل فونداسیون شمع بدون سکو برای ارزیابی اثرهای سکو بر فونداسیون شمعی انجام خواهد شد. سرانجام، اثرهای موج، فونداسیون شمع و مشخصات بستر دریا مانند عمق موج، ارتفاع موج، قطر شمع، نرخ فرورفتگی شمع، نفوذپذیری خاک و درجه اشباع بر پاسخ ناشی از موج بستر دریا و سکوی فونداسیون شمع مطالعه خواهد شد.
1- مقدمه
در سال‌های اخیر، سکوی دریایی به صورت گسترده‌ای در استخراج نفت و گاز طبیعی زیر بستر دریا در مهندسی دریا به کار رفته است. فونداسیون‌های شمعی دریایی، به ویژه در مناطق دارای آب به نسبت کم‌عمق، یکی از پرکاربردترین فونداسیون‌ها در سکوی دریایی هستند. نیروی موج یکی از اصلی‌ترین نیروهایی است که فونداسیون شمعی دریایی تحمل می‌کند، و اثر بار موج بر فونداسیون شمعی دریایی در دو جنبه بازتاب می‌یابد: جنبه نخست پاسخ دینامیکی بستر دریا پیرامون فونداسیون شمعی تحت بار موج است. فشار موج دینامیکی عمل‌کننده روی سطح بستر دریا موجب فشار منفذ اضافی شده که به صورت مستقیم به پایداری و ایمنی بستر دریا مرتبط است. با افزایش فشار منفذ و کاهش تنش موثر عمودی، بستر دریا ممکن است ناپایدار یا حتی تبدیل به مایع شود. جنبه دوم این است که فونداسیون شمعی تحت بار موج ممکن است منجر به تغییرمکان بزرگ و لنگر خمشی پیچیده در طول راستای عمودی فونداسیون شمعی شود، که به صورتی نزدیک منجر به ناپایداری سکوی فونداسیون شمعی یا حتی فروپاشی می‌گردد. بنابراین، یک ارزیابی مناسب از پاسخ دینامیکی بستر دریا پیرامون سکوی فونداسیون شمعی مانند فشار منفذی بستر دریا، تغییرمکان و لنگر خمشی فونداسیون شمعی که می‌تواند باعث داوری در مورد پایداری و ایمنی آن شود، ضروری است.
ABSTRACT
In this paper, a three-dimensional integrated numerical model including the wave and seabed sub-model is developed to investigate the wave induce seabed response around a pile foundation platform. The wave submodel is based on Volume-Averaged Reynolds-Averaged Naiver-Stokes (VARANS) equations with k-ε turbulence closure scheme, and the volume of fluid (VOF) method is applied to track water free surface. The seabed is treated as an isotropic and homogeneous porous medium and characterized by Biot's partly dynamic equations (u-p model). The proposed model is verified with the previous analytical results. Based on the numerical results, the distribution of flow field around pile foundation will be investigated. Then, a comprehensive comparison between a pile foundation platform model and a pile foundation without platform model will be performed to examine the effects of platform to the pile foundation. Finally, the effects of wave, pile foundation, and seabed characteristics, such as wave depth, wave height, pile diameter, pile insertion ratio, soil permeability and degree of saturation on the wave-induced seabed and pile foundation platform response will be studied.
1. Introduction
In recent years, offshore platform have been widely used in mining oil and nature gas under the seabed in marine engineering. Offshore pile foundations are one of the most commonly used foundation concepts in offshore platform, especially in areas with relatively shallow water. Wave force is one of the major forces the offshore pile foundation endures, and the effect of wave load on the offshore pile foundation reflected in two aspects: one is the dynamic response of seabed around pile foundation under wave loading. The dynamic wave pressure acting on the seabed surface will induce excess pore pressure, which is directly related to the stability and safety of the seabed. With pore pressure increasing and vertical effective stress decreasing, the seabed may become unstable or even liquefied. The other is that pile foundation under wave loading may lead to large displacement and complicated bending moment along the vertical direction of the pile foundation, which will closely lead to the instability of pile foundation platform, or even collapse. Therefore, it is essential to make a proper evaluation on the dynamic response of seabed around pile foundation platform such as the pore pressure of seabed, displacement and bending moment of pile foundation, which can judge the stability and safety of the pile foundation
چکیده
1- مقدمه
2- معادله‌های حاکم
2-1- معادله‌های حاکم بر جریان
2-2- معادله‌های حاکم بر بستر دریای متخلخل
3- شرایط مرزی
3-1- شرایط مرزی موج
3-2- شرط مرزی بستر دریا
4- روش‌های عددی
4-1- زیرمدل موج
4-2- زیرمدل بستر دریا
4-3- یکپارچه‌سازی مدل‌های موج و بستر دریا
5- نتایج عددی و بحث
5-1- صحت‌سنجی مدل حاضر
5-2- اثر فونداسیون شمع بر توزیع میدان جریان
5-3- اثر وجود سکو
5-4- اثرهای پارامترهای موج، شمع و بستر دریا
6- جمع‌بندی
ABSTRACT
1. Introduction
2. Governing equations
2.1. Governing equations of flow
2.2. Governing equations of porous seabed
3. Boundary conditions
3.1. Boundary Equation of Wave
3.2. Boundary condition of seabed
4. Numerical methods
4.1. Wave sub-model
4.3. Integration of wave and seabed models
5. Numerical results and discussion
5.1. Verification of the present model
5.2. Effect of pile foundation on the distribution of flow field
5.3. Effect of the existence of platform
5.4. Effects of wave, pile and seabed parameters
6. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه