海底电缆埋设深度的设计方法技术

本发明专利技术涉及一种海底电缆埋设深度的设计方法，采用太沙基极限承载力理论、布辛奈斯克解可获取落锚深度、最大应力深度及托锚深度。相同条件下，最大应力深度小于落锚深度，而托锚深度则可大于也可小于落锚深度。当托锚深度大于落锚深度时，由于埋设深度大于托锚深度，故埋设深度也必然大于落锚深度，此时托锚或落锚均不会对海底电缆造成损害。当托锚深度小于落锚深度时，即使埋设深度小于落锚深度，但由于埋设深度大于最大应力深度。因此，海底电缆因船锚冲击而受到的应力也将小于电缆极限承载力，海底电缆也不会被损坏。可见，通过上述海底电缆埋设深度的设计方法可有效地避免锚害。

Design method of buried depth of submarine cable

The invention relates to a design method for the burial depth of submarine cables. The anchor drop depth, maximum stress depth and anchor support depth can be obtained by using Terzaghi ultimate bearing capacity theory and Businesk solution. Under the same conditions, the maximum stress depth is less than the anchor drop depth, while the anchor support depth is greater or less than the anchor drop depth. When the anchor depth is greater than the anchor depth, the anchor depth is greater than the anchor depth, so the anchor depth must also be greater than the anchor depth. At this time, the anchor or anchor will not cause damage to the submarine cable. When the anchor depth is less than the anchor depth, even if the embedding depth is less than the anchor depth, the embedding depth is greater than the maximum stress depth. Therefore, the stress of submarine cable due to anchor impact will be less than the ultimate carrying capacity of cable, and the submarine cable will not be damaged. It can be seen that the anchor damage can be effectively avoided by the design method of the buried depth of the submarine cable mentioned above.

【技术实现步骤摘要】
海底电缆埋设深度的设计方法
本专利技术涉及海底电缆铺设
，特别涉及一种海底电缆埋设深度的设计方法。
技术介绍
海底电缆输电工程是跨海域联网工程建设的重要组成部分，在实现电网国际化、区域电网互联进程中起着重要作用。随着海底电缆线路数量的不断增加，海底电缆在近海区域由于船锚钩挂造成的故障越来越严重。据历史数据统计，人类活动造成90％以上的海底电缆故障，而其中三分之一是锚害。现阶段，避免锚害的保护措施主要是对电缆进行深埋。但是，各国规范对电缆的埋深并没有作出明确规定。而且，由于船锚类型、重量、落水高度不同，以及海底环境的复杂性，导致海底电缆的埋设深度可能难以符合要求，海底电缆依然会遭受锚害的威胁。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能避免海底电缆遭受锚害的海底电缆埋设深度的设计方法。一种海底电缆埋设深度的设计方法，包括步骤：获取船锚参数、土体参数、水文参数及电缆极限承载力，所述船锚参数包括船锚质量、船锚体积、船锚密度、前端面积、形状参数及自由落体高度，所述水文参数包括海水密度、阻力系数及水深；根据所述船锚参数、所述土体参数及所述水文参数，并采用太沙基极限承载力理论获得落锚深度；根据所述船锚参数、所述土体参数及所述水文参数，并采用布辛奈斯克解获得土体应力公式，将所述电缆极限承载力代入所述土体应力公式，以获得最大应力深度；根据所述形状参数获取拖锚深度；根据所述落锚深度、所述最大应力深度及所述托锚深度确定埋设深度，所述埋设深度大于所述最大应力深度及所述托锚深度。在其中一个实施例中，所述根据所述船锚参数、所述土体参数及所述水文参数，并采用太沙基极限承载力理论获得落锚深度的步骤包括：采用太沙基极限承载力理论获得土体对船锚的作用力公式；对所述作用力公式进行积分处理，以得到土体对船锚的做功公式；根据所述船锚参数、水文参数以及动能公式获得船锚的最终能量；根据能量守恒定律，将所述最终能量代入所述做功公式，以得到所述落锚深度。在其中一个实施例中，根据所述船锚参数、所述土体参数及所述水文参数，并采用布辛奈斯克解获得土体应力公式的步骤为：获得动力放大系数；将所述动力放大系数代入布辛奈斯克解，以获得垂直方向的应力公式作为所述土体应力公式。在其中一个实施例中，所述根据所述形状参数获取拖锚深度的步骤为：确定所述拖锚深度H＝sin(α)×h，所述形状参数包括锚爪的最大张角α以及锚爪与锚冠长度之和h。上述海底电缆埋设深度的设计方法，可获取落锚深度、托锚深度及最大应力深度。相同条件下，最大应力深度小于落锚深度，而托锚深度则可大于也可小于落锚深度。当托锚深度大于落锚深度时，由于埋设深度大于托锚深度，故埋设深度也必然大于落锚深度，此时托锚或落锚均不会对海底电缆造成损害。当托锚深度小于落锚深度时，即使埋设深度小于落锚深度，但由于埋设深度大于最大应力深度。因此，海底电缆因船锚冲击而受到的应力也将小于电缆极限承载力，海底电缆也不会被损坏。可见，通过上述海底电缆埋设深度的设计方法可有效地避免锚害。附图说明图1为本专利技术较佳实施例中海底电缆埋设深度的设计方法的流程示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。请参阅图1，本专利技术较佳实施例中的海底电缆埋设深度的设计方法包括步骤S110至S150：步骤S110，获取船锚参数、土体参数、水文参数及电缆极限承载力，船锚参数包括船锚质量、船锚体积、船锚密度、前端面积、形状参数及自由落体高度，水文参数包括海水密度、阻力系数及水深。具体的，船锚参数根据船锚的类型，相互之间存在区别。例如，常见的有霍尔锚、大抓力锚。不同水域的土体参数及水文参数是存在区别的。水文参数可通过实时采样获得，而土体参数可通过查阅土体参数表获得。其中，土体参数包括粘聚力、内摩擦角、重度、泊松比等。电缆极限承载力指的是待埋设的海底电缆所能承受的最大冲击力，该参数表示了海底电缆的机械强度。自由落体高度指的是船锚下锚时距离水面的高度，自由落地高度决定了船锚下落过程中与水面接触的最终速度。步骤S120，根据所述船锚参数、土体参数及水文参数，并采用太沙基极限承载力理论获得落锚深度。具体的，船锚抛下后在重力、海水阻力、浮力的作用下运动直至与土体(指海床)接触。接触后，船锚由于具有动能将进一步运动并最终在土体的作用下停止。此时，船锚插入土体的深度则为落锚深度。当海底线缆的埋设深度大于落锚深度时，落锚过程中的船锚将不会与海底电缆接触，从而不会对海底线缆造成损害。在本实施例中，上述步骤S120包括：采用太沙基极限承载力理论获得土体对船锚的作用力公式；对作用力公式进行积分处理，以得到土体对船锚的做功公式；根据船锚参数、水文参数以及动能公式获得船锚的最终能量；根据能量守恒定律，将最终能量代入做功公式，以得到落锚深度。船锚的落锚深度采用了能量法进行计算，即认为船锚的能量完全被土体吸收，土体对船锚的作用力仅为土体的极限承载力。计算方法采用太沙基极限承载力公式，具体如下：(1)pu＝c×Nc+q×Nq+0.5×D×γ×Nγ式中：Nc、Nq为无重土承载力系数、Nγ为承载力系数，上述三个参数可根据土体参数查太沙基承载力因素表获得；D为基础宽度；c为土体的内摩擦角；γ为基底以下土的容重。船锚与土体接触时，基础宽度D将随着船锚贯入深度z的增加而增加，故认为D与z之间具有线性关系，即D＝a×z，a为形状系数。基础长度L同样随着贯入深度z的增加而增加，即L＝β×z。边载q同样随着船锚落深z的增大而不断增大，两者之间的关系为q＝γ×z，γ为土体的容重。因此，土体对船锚的作用力公式为：(2)Fu＝(c×Nc+z×γ×Nq+0.5×α×z×γ×Nγ)×α×β×z2在船锚撞击土体时，会存在能量损耗，用经验系数a，b，d来表示能量损耗情况，对式(2)积分此时，得到土体对船锚所做的做功公式为：(3)W＝0.125×aα2β×γ×Nγ×z4+0.25×bαβ×γ×Nγ×z4+0.33×dαβ×c×Nc×z3根据能量守恒定律可知，土体对船锚所做的功等于船锚在下落过程中的动能，即W＝Ev。化简公式(3)中的参数可以得到船锚贯入深度的能量表达式：(4)Ev＝A×γ×Nγ×z4+B×γ×Nq×z4+C×c×Nc×z3式中：A为土重分项系数；B为边载分项系数；C为黏聚力分项系数；z为落锚深度。因此，得到船锚触底(接触土体瞬间)时的动能Ev，便可反推出落锚深度z。要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底电缆埋设深度的设计方法，其特征在于，包括步骤：获取船锚参数、土体参数、水文参数及电缆极限承载力，所述船锚参数包括船锚质量、船锚体积、船锚密度、前端面积、形状参数及自由落体高度，所述水文参数包括海水密度、阻力系数及水深；根据所述船锚参数、所述土体参数及所述水文参数，并采用太沙基极限承载力理论获得落锚深度；根据所述船锚参数、所述土体参数及所述水文参数，并采用布辛奈斯克解获得土体应力公式，将所述电缆极限承载力代入所述土体应力公式，以获得最大应力深度；根据所述形状参数获取拖锚深度；根据所述落锚深度、所述最大应力深度及所述托锚深度确定埋设深度，所述埋设深度大于所述最大应力深度及所述托锚深度。

【技术特征摘要】
1.一种海底电缆埋设深度的设计方法，其特征在于，包括步骤：获取船锚参数、土体参数、水文参数及电缆极限承载力，所述船锚参数包括船锚质量、船锚体积、船锚密度、前端面积、形状参数及自由落体高度，所述水文参数包括海水密度、阻力系数及水深；根据所述船锚参数、所述土体参数及所述水文参数，并采用太沙基极限承载力理论获得落锚深度；根据所述船锚参数、所述土体参数及所述水文参数，并采用布辛奈斯克解获得土体应力公式，将所述电缆极限承载力代入所述土体应力公式，以获得最大应力深度；根据所述形状参数获取拖锚深度；根据所述落锚深度、所述最大应力深度及所述托锚深度确定埋设深度，所述埋设深度大于所述最大应力深度及所述托锚深度。2.根据权利要求1所述的海底电缆埋设深度的设计方法，其特征在于，所述根据所述船锚参数、所述土体参数及所述水文参数，并采用太沙基极...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，陈峰，聂卫平，肖志军，郑志源，曹波，黄寅茂，黎予颖，高媛，
申请(专利权)人：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44