海底电缆免受锚害的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种海底电缆免受锚害的设计方法，包括以下步骤：获取海底电缆铺设的预设区域的土体的参数、海水的参数以及船锚的参数；根据土体参数，利用太沙基极限承载力公式计算土体的极限承载力Pu，得出土体对船锚的作用力Fu；根据土体对船锚的作用力Fu计算出土体在落锚过程中对船锚所做的功W1；根据海水的参数及船锚的参数获取船锚触底时的速度v并计算出船锚触底时的动能Ev；根据W1＝Ev，得出船锚的落锚深度z；根据船锚的落锚深度z，得出海底电缆的埋设深度z1，若z1＜z，使土体的垂直方向上附加应力小于电缆的机械强度。该海底电缆免受锚害的设计方法能够准确的计算船锚的落锚深度，从而能够合理的选择海底电缆的埋设深度，避免船锚对海底电缆造成破坏。

Design Method of Undersea Cable from Anchor Damage

The invention discloses a design method for submarine cable against anchorage damage, which includes the following steps: obtaining the parameters of soil, sea water and ship anchor in the preset area of submarine cable laying; calculating the ultimate bearing capacity Pu of soil by using the formula of Taishaji ultimate bearing capacity based on soil parameters; obtaining the force Fu of soil to ship anchor; and according to the action force of soil to ship anchor. Fu calculates the work W1 of the anchor in the process of anchoring; obtains the velocity v when the anchor touches the bottom according to the parameters of sea water and anchor and calculates the kinetic energy Ev when the anchor touches the bottom; obtains the anchor depth z according to the anchor depth z; obtains the buried depth Z1 of submarine cable according to the anchor depth z, if Z1 < z, makes the additional stress in the vertical direction of the soil less than electricity. Mechanical strength of cable. The design method of the submarine cable against anchor damage can accurately calculate the anchor drop depth of the anchor, so as to reasonably select the buried depth of the submarine cable and avoid the damage caused by the anchor to the submarine cable.

【技术实现步骤摘要】
海底电缆免受锚害的设计方法
本专利技术涉及海底电缆铺设
，具体涉及一种海底电缆免受锚害的设计方法。
技术介绍
海底电缆输电属于跨海域联网工程建设的重要组成部分，对实现电网国际化、促进区域电网互联进程起着至关重要的作用。随着岛屿间电力网络的完善、通讯需求的增大以及国际间信息化交流的迅猛发展，海底电缆的铺设量也日益增加。据历史数据统计，人类活动造成90％以上的海底电缆故障，而其中三分之一来自于锚害。船锚对海底电缆的破坏大多数发生在水深小于200m的海域，尤其在近岸区，船锚对海底电缆的破坏更为严重：70％发生在水深小于50m的海域，20％发生在水深小于10m的海域。随着海底电缆线路数量的不断增加，也导致海底电缆在近海区域由于船锚钩挂造成故障的问题变得越来越严重。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种海底电缆免受锚害的设计方法，能够准确的计算船锚的落锚深度，从而能够合理的选择海底电缆的埋设深度，避免船锚对海底电缆造成破坏。其技术方案如下：一种海底电缆免受锚害的设计方法，包括以下步骤：(A)、获取海底电缆铺设的预设区域的土体的参数、海水的参数以及船锚的参数；(B)、根据所述预设区域的土体参数，利用太沙基极限承载力公式计算所述预设区域的土体的极限承载力Pu，得出预设区域的土体对船锚的作用力Fu；(C)、根据所述预设区域的土体对船锚的作用力Fu计算出所述预设区域的土体在落锚过程中对船锚所做的功W1；(D)、根据所述预设区域的海水的参数及所述船锚的参数获取船锚触底时的速度v并计算出船锚触底时的动能Ev；(E)、根据能量守恒定律，W1＝Ev，得出所述预设区域上船锚的落锚深度z；(F)、根据所述船锚的落锚深度z，得出海底电缆的埋设深度z1；其中，若z1＜z，则计算所述预设区域内的土体的垂直方向上附加应力使土体的垂直方向上附加应力小于电缆的机械强度[σ电缆]。上述海底电缆免受锚害的设计方法，当需要在预设区域铺设海底电缆时，首先根据预设区域的土体参数，利用太沙基极限承载力公式计算出预设区域的土体的极限承载力Pu；再根据Pu从而计算出预设区域的土体对船锚的作用力Fu；接着根据Fu计算出预设区域的土体在落锚过程中，即船锚从接触预设区域的土体至船锚陷入土体中而静止的过程中土体对船锚所做的功W1；然后根据船锚触底时，即船锚与预设区域的土体接触时的速度v计算出此时船锚所具有的动能Ev；接着根据能量守恒定律，预设区域的土体对船锚所做功等于船锚触底时的动能，即W1＝Ev，从而可以反推出船锚的落锚深度z，进而根据船锚的落锚深度z可以合理的得出海底电缆的埋设深度z1；当海底电缆的埋设深度z1大于或等于船锚的落锚深度z时，能够避免船锚落锚后与电缆发生碰撞，从而能够避免船锚对电缆造成损伤；当海底电缆的埋设深度z1小于船锚的落锚深度z时，通过计算预设区域内的土体的垂直方向上附加应力若土体的垂直方向上附加应力小于电缆的机械强度[σ电缆]，则可以得到海底电缆的埋设深度z1的最小深度，即能够得到海底电缆的埋设深度z1与船锚的落锚深度z之间的最小深度值，只需将海底电缆埋设在船锚的落锚深度z与埋设深度z1的最小深度之间，也可避免船锚对电缆造成损伤；同时，根据落锚深度z合理的制定海底电缆的埋设深度z1，还能够在最佳深度对海底电缆进行铺设，降低电缆的铺设难度，节省埋设成本。下面进一步对技术方案进行说明：在其中一个实施例中，在步骤(B)中，Pu＝c×Nc+q×Nq+0.5×D×γ×Nγ，c为土体的粘聚力，Nc及Nq为无重土承载力系数，q为边载，q＝γ×z，D为基础宽度，D＝α×z，α为形状系数，z为船锚的落深，γ为基底以下土体的容重，Nγ为承载力系数，且Fu＝Pu×L×D，L为基础长度，且L＝β×z，β为常数。在其中一个实施例中，步骤(B)中，Fu＝(c×Nc+z×γ×Nq+0.5×α×z×γ×Nγ)×α×β×z2；在步骤(C)中，根据能量损耗情况，W1＝0.125×aα2β×γ×Nγ×z4+0.25×bαβ×γ×Nq×z4+0.33×dαβ×c×Nc×z3，其中，a、b、d为经验系数。如此，考虑到能量损耗的情况，能够使得土体对船锚所做的功W1计算的更加准确，从而能够更加合理的得到海底电缆的埋设深度z1。在其中一个实施例中，在步骤(D)中，包括：计算预设区域的船锚触底时的速度v，其中，W2为船锚的浮重，W2＝Vg×(ρs-ρw)，m为船锚的质量，m＝V×ρs，V为船锚的体积，ρs为船锚的密度，g为重力加速度，ρw为海水的密度，FD为海水对船锚的阻力，CD为阻力系数，AF为船锚的前端面面积，z0为船锚落入水中的深度。在其中一个实施例中，在步骤(D)中，且Ev＝A×γ×Nγ×z4+B×γ×Nq×z4+C×c×Nc×z3，其中，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。在其中一个实施例中，当船锚落入砂土上，砂土的内摩擦角为34°时，黏聚力分项系数C＝0，Nc＝52.8，Nq＝36.6，Nγ＝36，则Ev＝A×γ×Nγ×z4+B×γ×Nq×z4，根据最小二乘法，A＝8.3，B＝1.5，则Ev＝8.3γ×Nγ×z4+1.5γ×Nq×z4。在其中一个实施例中，当船锚落入黏土上，黏土的内摩擦角为31.8°时，黏聚力分项系数C＝30.4kPa，Nc＝44.4，Nq＝28.7，Nγ＝28，根据A＝8.3，B＝1.5，则Ev＝8.3γ×Nγ×z4+1.5γ×Nq×z4+C×c×Nc×z3，根据最小二乘法，C＝1，则Ev＝8.3γ×Nγ×z4+1.5γ×Nq×z4+c×Nc×z3。在其中一个实施例中，在步骤(F)中，若z1＜z，则根据所述预设区域的土体的水平方向上附加应力σx，拟合出动力放大系数A1；根据动力放大系数A1计算出所述预设区域的土体的垂直方向上附加应力根据得到所述海底电缆埋设深度z1的最小值。在其中一个实施例中，由拟合得出P为铅垂向作用载荷，x为受影响的点距作用点的水平距离，R为受影响的点距作用点的距离，μ为泊松比。在其中一个实施例中，在步骤(F)中，还包括：计算船锚的拖锚最大入土深度H0，使海底电缆的埋设深度z1大于或等于船锚的落锚深度z与拖锚最大入土深度H0之和，其中，H0＝sin(θ)×h，θ为锚爪的最大张角，h为锚爪长度和锚冠长度之和。附图说明图1为一个实施例的海底电缆免受锚害的设计方法的流程图；图2为图1的海底电缆免受锚害的设计方法的6.45kg霍尔锚30cm落高情况下距落心30cm处水平方向上附加应力变化示意图；图3为图1的海底电缆免受锚害的设计方法的6.45kg霍尔锚30cm落高情况下距落心50cm处水平方向上附加应力变化示意图；图4为图1的海底电缆免受锚害的设计方法的6.45kg霍尔锚30cm落高情况下距落心70cm处水平方向上附加应力变化示意图；图5为图1的海底电缆免受锚害的设计方法的6.45kg霍尔锚30cm落高情况下距落心90cm处水平方向上附加应力变化示意图；图6为图1的海底电缆免受锚害的设计方法的6.45kg霍尔锚60cm落高情况下距落心30cm处水平方向上附加应力变化示意图；图7为图1的海底电缆免受锚害的设计方法的6.45kg霍尔锚60cm落高情况下距落心50cm处水平方向上附加应力变化示意图；图8为图1的海底电缆免受锚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底电缆免受锚害的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(A)、获取海底电缆铺设的预设区域的土体的参数、海水的参数以及船锚的参数；(B)、根据所述预设区域的土体参数，利用太沙基极限承载力公式计算所述预设区域的土体的极限承载力Pu，得出预设区域的土体对船锚的作用力Fu；(C)、根据所述预设区域的土体对船锚的作用力Fu计算出所述预设区域的土体在落锚过程中对船锚所做的功W1；(D)、根据所述预设区域的海水的参数及所述船锚的参数获取船锚触底时的速度v并计算出船锚触底时的动能Ev；(E)、根据能量守恒定律，W1＝Ev，得出所述预设区域上船锚的落锚深度z；(F)、根据所述船锚的落锚深度z，得出海底电缆的埋设深度z1；其中，若z1＜z，则计算所述预设区域内的土体的垂直方向上附加应力

【技术特征摘要】
1.一种海底电缆免受锚害的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(A)、获取海底电缆铺设的预设区域的土体的参数、海水的参数以及船锚的参数；(B)、根据所述预设区域的土体参数，利用太沙基极限承载力公式计算所述预设区域的土体的极限承载力Pu，得出预设区域的土体对船锚的作用力Fu；(C)、根据所述预设区域的土体对船锚的作用力Fu计算出所述预设区域的土体在落锚过程中对船锚所做的功W1；(D)、根据所述预设区域的海水的参数及所述船锚的参数获取船锚触底时的速度v并计算出船锚触底时的动能Ev；(E)、根据能量守恒定律，W1＝Ev，得出所述预设区域上船锚的落锚深度z；(F)、根据所述船锚的落锚深度z，得出海底电缆的埋设深度z1；其中，若z1＜z，则计算所述预设区域内的土体的垂直方向上附加应力使土体的垂直方向上附加应力小于电缆的机械强度[σ电缆]。2.根据权利要求1所述的海底电缆免受锚害的设计方法，其特征在于，在步骤(B)中，Pu＝c×Nc+q×Nq+0.5×D×γ×Nγ，c为土体的粘聚力，Nc及Nq为无重土承载力系数，q为边载，q＝γ×z，D为基础宽度，D＝α×z，α为形状系数，z为船锚的落深，γ为基底以下土体的容重，Nγ为承载力系数，且Fu＝Pu×L×D，L为基础长度，且L＝β×z，β为常数。3.根据权利要求2所述的海底电缆免受锚害的设计方法，其特征在于，在步骤(B)中，Fu＝(c×Nc+z×γ×Nq+0.5×α×z×γ×Nγ)×α×β×z2；在步骤(C)中，根据能量损耗情况，W1＝0.125×aα2β×γ×Nγ×z4+0.25×bαβ×γ×Nq×z4+0.33×dαβ×c×Nc×z3，其中，a、b、d为经验系数。4.根据权利要求2所述的海底电缆免受锚害的设计方法，其特征在于，在步骤(D)中，包括：计算预设区域的船锚触底时的速度v，其中，W2为船锚的浮重，W2＝Vg×(ρs-ρw)，m为船锚的质量，m＝V×ρs，V为船锚的体积，ρs为船锚的密度，g为重力加速度，ρw为海水的密度，FD为海水对船锚的阻力，...

【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