Development of a novel lateral resistance measurement penetrometer for pipe–soil interaction centrifuge model test

Abstract

Offshore pipelines are exposed to potential submarine landslides. It is difficult to measure the impact forces exerted on a pipeline induced by submarine landslides because the upper seabed is very soft and an impact angle exists in practice. Current laboratory experiments are limited on measuring the normal force exerted on pipeline by the slides. This article describes the feasibility and performance of a novel penetrometer, which is designed to measure impact forces of submarine landslides on offshore pipeline including both the normal and frictional forces from variable impact angle in centrifuge test, termed as the lateral resistance measurement penetrometer. The calibration procedure for this particular version is illustrated in detail and the reliability and feasibility of the lateral resistance measurement penetrometer are preliminarily confirmed by an experimental study. Pipe-soil interaction centrifuge tests were subsequently performed on a normally consolidated kaolin sample with 40g level conducted in Dalian University of Technology drum centrifuge to investigate the effect of incident angles on the impact forces exerted by submarine landslides on a pipeline. The impact forces deduced from the lateral resistance measurement penetrometer are analysed in comparison with published results. The lateral resistance measurement penetrometer is a potentially valuable device to measure the interaction force between submarine landslides and offshore pipeline, cables and other subsea facilities in small-scale centrifuge models.

Σεισμική Τρωτότητα Και Βέλτιστη Αντιμετώπιση Της Σεισμικής Διακινδύνευσης Υποθαλάσσιων Και Παράκτιων Ενεργειακών Δικτύων

“…Αριθμητικό προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων για επιφανειακό υποθαλάσσιο αγωγό και κανονικό ρήγμα (Triantafyllaki et al, 2020). (Sahdi et al, 2014;Zakeri et al, 2008;Yu Zhang et al, 2018), της αλληλεπίδρασης πυθμένααγωγού (Boukpeti & White, 2017;Hodder & Cassidy, 2010;Tian et al, 2010;Tian & Cassidy, 2011) και της επίχωσης του αγωγού στον πυθμένα (Meyer et al, 2016;Randolph & White, 2008). Σε γενικές γραμμές, τα πειραματικά προσομοιώματα χρησιμοποιούνται για την επαλήθευση αριθμητικών και αναλυτικών προσομοιωμάτων, τα οποία αποτελούν και τις πιο συνήθεις μεθοδολογίες για την εκτίμηση της απόκρισης του αγωγού.…”

“…Η περίπτωση χερσαίων αγωγών έχει διερευνηθεί πειραματικά μέσω της δημιουργίας προσομοιωμάτων μεγάλης κλίμακας (Feng et al, 2015;Magura & Brodniansky, 2012;Sarvanis et al, 2018). Όσον αφορά στους υποθαλάσσιους αγωγούς, στην βιβλιογραφία συναντώνται κατά κύριο λόγο πειραματικά προσομοιώματα μικρής κλίμακας για τη μελέτη της δύναμης κατολίσθησης (Sahdi et al, 2014;Zakeri et al, 2008;Yu Zhang et al, 2018), της αλληλεπίδρασης πυθμένα-αγωγού (Boukpeti & White, 2017;Hodder & Cassidy, 2010;Tian et al, 2010;Tian & Cassidy, 2011) και της επίχωσης του αγωγού στον πυθμένα (Meyer et al, 2016;Randolph & White, 2008) Zhou, 2012). Από την άλλη, σε υποθαλάσσιους αγωγούς που είναι τοποθετημένοι στην επιφάνεια του πυθμένα, η παρουσία καμπυλώσεων και προέντασης λόγω της διαδικασίας τοποθέτησης και του ανάγλυφου του πυθμένα, ή/και η παρουσία διαφοράς θερμοκρασίας και πίεσης είναι πιθανόν να οδηγήσουν σε φαινόμενα πλευρικού και κατακόρυφου λυγισμού (Chee et al, 2018;Karampour et al, 2013;Xu & Lin, 2017;Zeng & Duan, 2014).…”