姜逢源， 董 勝， 趙玉良

(中國海洋大學(xué) 工程學(xué)院，山東 青島 266100)

海底管道被視為近海油氣產(chǎn)業(yè)的“生命線”，其作為連接海底設(shè)施與陸上終端的介質(zhì)，承擔(dān)著輸送油氣的重要任務(wù)，具有快捷、高效等優(yōu)點(diǎn)。由于人類海洋活動(dòng)越發(fā)頻繁，平臺(tái)作業(yè)和船舶拋錨等第三方活動(dòng)容易對(duì)海域內(nèi)的管道造成墜擊損傷，從而產(chǎn)生油氣泄露，這已成為引發(fā)管道失效事故的主要原因[1]。由于海底管道所處環(huán)境復(fù)雜，檢修困難，一旦失效，將帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境破壞。因此，如何確定管道正常營(yíng)運(yùn)狀態(tài)下的可靠度，準(zhǔn)確評(píng)估管道的失效風(fēng)險(xiǎn)是一項(xiàng)重要工作。

迄今，針對(duì)第三方破壞引發(fā)的海底管道失效風(fēng)險(xiǎn)已有一定的研究。有學(xué)者對(duì)于墜物落水及船舶撞擊管道的概率給出了確定方法[2-3]。Bai等[4]估計(jì)了多種類型撞擊下海底管道的失效概率并研究其風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及可接受準(zhǔn)則。Mazzola[5]提出了一種計(jì)算海底管道受平臺(tái)墜物撞擊的失效概率的方法，分析了不同墜落點(diǎn)、管道地點(diǎn)對(duì)失效概率的影響。DNV[6]提出了墜物撞擊下海底管道失效概率的計(jì)算方法(以下稱DNV法)，該方法的提出為后續(xù)研究提供了計(jì)算框架，由于采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算管道的損傷，忽略了諸多非線性因素的影響。Kawsar等[7]采用隨機(jī)抽樣法模擬了不同工況，結(jié)合有限元法求得管道失效的超越概率，但未考慮管土相互作用的影響。丁紅巖等[8]和Jiang等[9]對(duì)DNV法進(jìn)行了改進(jìn)，引入可靠度理論求解失效概率，分析了不同墜物對(duì)管道失效概率的影響，但二者對(duì)管道失效狀態(tài)的模擬均采用計(jì)算公式法，忽略了非線性因素的影響。

受海底環(huán)境荷載作用和邊界條件的影響，海底管道在沖擊荷載下的響應(yīng)涉及到的非線性作用復(fù)雜，需通過非線性有限元分析確定其失效狀態(tài)[10-11]。目前，通常采用經(jīng)驗(yàn)公式法來描述海底管道的結(jié)構(gòu)失效狀態(tài)[12-13]，由于忽略了諸多非線性因素，因而無法反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài)。海床土體作為支撐管道的介質(zhì)，對(duì)沖擊能力的耗散起到可觀的作用[14]，目前相關(guān)分析中，對(duì)上述管-土耦合作用的考慮相對(duì)欠缺，計(jì)算得到的管道損傷較實(shí)際情況偏大，導(dǎo)致分析結(jié)果較為保守，造成不必要的資金投入。其中，挖溝埋深作為保障管道安全的重要手段，國內(nèi)外行業(yè)規(guī)范中對(duì)于埋深的規(guī)定[15]始終沒有明確標(biāo)準(zhǔn)，至今尚未建立起與失效概率與埋深的定量關(guān)系，無法有效地指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。

綜上所述，目前關(guān)于管道損傷的風(fēng)險(xiǎn)分析方法對(duì)非線性作用考慮不充分，對(duì)管土耦合作用的考慮更是寥寥無幾，影響工程設(shè)計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)控制。為解決以上問題，基于Python語言的二次開發(fā)技術(shù)[16]，將非線性有限元分析法與響應(yīng)面法[17]耦合，建立海底管道受墜物撞擊損傷的可靠度分析模型，探討了非線性因素及管-土耦合作用對(duì)管道失效概率的影響。本文首先介紹了可靠度分析模型的建立，其次將有限元計(jì)算結(jié)果及失效概率估計(jì)值分別與物理模型試驗(yàn)值及Monte Carlo法的估計(jì)值對(duì)比，驗(yàn)證了該模型合理性。隨后從工程應(yīng)用的角度，考慮管-土耦合作用因素，分析不同條件下的失效概率。最后對(duì)隨機(jī)變量進(jìn)行敏感性分析，得出結(jié)論。

1 非線性有限元分析

1.1 顯示動(dòng)力學(xué)算法

海底管道的撞擊屬于高速動(dòng)力學(xué)問題，荷載持續(xù)時(shí)間短，量級(jí)大，結(jié)構(gòu)反應(yīng)變化快，涉及高度非線性因素。顯式動(dòng)力學(xué)算法可精確捕捉極小時(shí)間步內(nèi)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，適用于此類問題的求解。結(jié)構(gòu)的控制方程如式(1)所示，將其中的加速度項(xiàng)及速度項(xiàng)采用中心差分代替(見式(2)和式(3))，可得到相應(yīng)的線性方程組(見式(4))，對(duì)其求解得到單元節(jié)點(diǎn)位移U后，將其代入幾何及物理方程中，即可求得應(yīng)力及應(yīng)變。

(1)

(2)

(3)

(4)

其中，

(5)

(6)

式中：M，C，K，Rt分別為系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣、荷載矩陣；Ut為單元節(jié)點(diǎn)位移矩陣。

1.2 耦合歐拉-拉格朗日算法

墜物侵入管道上覆土體過程中涉及高度非線性、多介質(zhì)接觸等問題，使土體產(chǎn)生極大變形，傳統(tǒng)有限元分析方法會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)格畸變，難以收斂。耦合歐拉-拉格朗日算法[18](coupled Eulerian-Lagrangian, CEL)是目前結(jié)構(gòu)物-土體相互作用分析中的常用方法，且已嵌入有非線性限元分析程序Abaqus中。其利用歐拉網(wǎng)格在空間保持固定，土體材料在其中自由流動(dòng)的建模方式有效解決土體大變形問題，并以歐拉體積分?jǐn)?shù)EVF追蹤材料的位置。同時(shí)采用拉格朗日網(wǎng)格去描述結(jié)構(gòu)物，其應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)則通過歐拉-拉格朗日接觸算法獲取。如圖1所示，通過計(jì)算歐拉材料節(jié)點(diǎn)和拉格朗日節(jié)點(diǎn)在每一時(shí)間步內(nèi)的相對(duì)位移來確定作用在二者之間的罰力，完成相互間信息的映射傳遞。其計(jì)算公式為

Fp=kp·dp

(7)

(8)

FE,i=NiβiFp

(9)

(10)

圖1 耦合歐拉-拉格朗日接觸算法原理Fig.1 Contact algorithm principle of CEL method

基于Abaqus平臺(tái)，本文建立的有限元模型如圖2所示，管道采用拉格朗日網(wǎng)格進(jìn)行離散，其鋼材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系使用雙線性各向同性強(qiáng)化模型進(jìn)行描述；海床土體則用歐拉網(wǎng)格離散，并對(duì)海床土體施加初始地應(yīng)力及海水壓力場(chǎng)，土體的彈塑形行為則用Mohr-Coulomb(MC)本構(gòu)模型表示；對(duì)墜物同樣采用拉格朗日網(wǎng)格離散，施加剛體約束及初速度，并以等效密度的方式考慮墜物的水動(dòng)力因素。

注： D為管徑； e為埋深。圖2 墜物-管道-土體相互作用有限元模型Fig.2 Finite element model of interactions between dropped object-pipeline-soil

1.3 有限元模型驗(yàn)證

為驗(yàn)證非線性有限元模型的可靠性，選取文獻(xiàn)[19]中船錨與埋深管道撞擊的物理模型試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，其結(jié)果如圖3所示。其中試驗(yàn)土樣為黏土，埋深e由0～0.2 m變化。由對(duì)比結(jié)果可知，總體上數(shù)值模型與試驗(yàn)的結(jié)果吻合較好，平均相對(duì)誤差為6.58%。但尚存在些許誤差，如埋深e=0.1 m時(shí)的情況。其原因很可能是由于不同埋深管道周圍土體的固結(jié)狀態(tài)難以保持一致，使得土體力學(xué)特性的真實(shí)值與測(cè)量值之間存在差異，從而使得計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生偏差。由上述分析可知，本文的有限元模型可較為精確的對(duì)管道損傷進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖3 管道凹痕深度對(duì)比Fig.3 The comparison of pipeline dent depths

2 有限元-響應(yīng)面耦合可靠度模型

2.1 功能函數(shù)

DNV規(guī)范中，海底管道的凹痕深度δ與管徑D的比值是評(píng)估結(jié)構(gòu)是否失效的重要指標(biāo)，因此管道的極限狀態(tài)方程可表示為式(11)，其中η為無量綱臨界參數(shù)，用以控制失效判定條件，在此取η=0.2以考慮管道發(fā)生破裂造成較大危害的情況。

Z=g(x)=δ(x)/D-η

(11)

式中：x為隨機(jī)變量；凹痕深度δ(·)為隨機(jī)變量的函數(shù)，經(jīng)有限元分析獲得。

由于海底條件復(fù)雜，海底管道的制造、加工及施工過程較為復(fù)雜，難免出現(xiàn)一些偏差，從而影響管道的承載能力及幾何尺寸，使上述因素存在變異性。故在本文的可靠度分析中，將管道鋼材料的屈服強(qiáng)度σy、管徑D及壁厚t作為隨機(jī)變量來處理。上述三個(gè)隨機(jī)變量均服從正態(tài)分布，均值取其標(biāo)準(zhǔn)值，變異系數(shù)依次為0.07，0.03，0.05。

2.2 實(shí)現(xiàn)步驟

由以上敘述可知，海底管道在沖擊荷載下的損傷涉及復(fù)雜的非線性因素，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程無法顯式表達(dá)，傳統(tǒng)的一次二階矩法難以進(jìn)行求解。針對(duì)極限狀態(tài)方程為隱式的情況，常用的方法有：Monte-Carlo法[20]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[21]和響應(yīng)面法。但前兩種方法均需大量的抽樣計(jì)算，不適用于大型計(jì)算模型的求解。而響應(yīng)面法僅需在結(jié)構(gòu)的失效域附近進(jìn)行一系列數(shù)值計(jì)算，構(gòu)造出一個(gè)具有顯式表達(dá)式的函數(shù)來近似結(jié)代替結(jié)構(gòu)真實(shí)的極限狀態(tài)曲面，從而可利用一次二階矩法對(duì)可靠度進(jìn)行求解，具有明確的收斂準(zhǔn)則和較高的計(jì)算效率。

(12)

(13)

Python語言作為Abaqus二次開發(fā)支持的腳本語言，可用于有限元分析與響應(yīng)面法的耦合，完成有限元模型的建立與更新、計(jì)算結(jié)果的提取、求解可靠度設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)、中心點(diǎn)的搜索及循環(huán)計(jì)算，使可靠度求解程序化，無需進(jìn)行人為干預(yù)。表1給出了Python語言的實(shí)現(xiàn)流程。

表1 可靠度分析模型的Python實(shí)現(xiàn)

2.3 可靠度模型驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文提出的可靠度分析模型的合理性，選取表2所列出的12種工況進(jìn)行可靠度指標(biāo)的計(jì)算，其中為便于對(duì)比，海床土體簡(jiǎn)化為剛性海床，墜物簡(jiǎn)化為球狀剛體。將計(jì)算結(jié)果與Monte Carlo法進(jìn)行對(duì)比。由于Monte Carlo法需進(jìn)行大量抽樣計(jì)算，考慮到時(shí)間成本及可行性，該方法中對(duì)于管道凹痕采用DNV規(guī)范推薦的公式[23]進(jìn)行計(jì)算

(14)

式中：E為墜物的沖擊能量；D為管道直徑；t為管道壁厚；mp=1/4(σy·t2)為塑性彎矩，σy為管道鋼材料屈服強(qiáng)度。

表2 工況設(shè)計(jì)

計(jì)算結(jié)果如圖4所示，大多數(shù)計(jì)算點(diǎn)分布在y=x直線上部附近，這主要是由于DNV推薦的理論公式假設(shè)墜物為尖銳的楔體，因而計(jì)算得到的凹痕值較大，導(dǎo)致Monte Carlo法計(jì)算的可靠度指標(biāo)偏小。絕大多數(shù)計(jì)算點(diǎn)落在±20%的相對(duì)誤差線范圍內(nèi)，僅有2個(gè)點(diǎn)落在誤差線外，但其可靠度指標(biāo)的絕對(duì)誤差分別為0.05和0.06。所有工況中絕對(duì)誤差最大為0.500，最小為0.05，平均為0.217；相對(duì)誤差最大為21.39%，最小為4.23%，平均為13.67%。

圖4 可靠度指標(biāo)對(duì)比Fig.4 The comparisons of reliability index

分析誤差產(chǎn)生的原因，可歸納為兩類因素：①來自于管道凹痕深度計(jì)算方法的差異。本文提出的方法中采用非線性有限元法計(jì)算管道的損傷，可考慮材料、接觸條件及邊界條件的非線性因素，因而可獲得更為精確的結(jié)果。而Monte Carlo法采用的則是計(jì)算公式法，對(duì)實(shí)際條件進(jìn)行了簡(jiǎn)化，忽略了墜物與管道間的相互作用，無法客觀描述物體間的接觸，尤其當(dāng)需考慮墜物形狀及管道-海床相互作用時(shí)會(huì)與實(shí)際情況存在較大偏差。②可靠度算法的差異對(duì)計(jì)算結(jié)果造成一些影響。響應(yīng)面法主要在管道的失效域附近設(shè)置試驗(yàn)點(diǎn)，有些情況可能會(huì)影響設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)的收斂效果從而引起部分偏差。

從總體上看，該可靠度計(jì)算模型的結(jié)果與Monte-Carlo法的結(jié)果相差不大，平均相對(duì)誤差控制在15%以內(nèi)，說明該模型的計(jì)算結(jié)果是合理的，同時(shí)考慮了材料、接觸等非線性因素，更為符合實(shí)際情況。

3 分析討論

3.1 管土耦合作用對(duì)損傷的影響

海底管道通常安置在海床表面或埋置于海床土體中，現(xiàn)分析上述因素對(duì)管道損傷的影響?？紤]海床土體為均質(zhì)黏土，計(jì)算管道在柔性海床及埋深(e=0.5 m)條件下受墜物撞擊時(shí)(E=28.9 kJ)的損傷情況，并與剛性海床條件下的情況進(jìn)行對(duì)比。

計(jì)算結(jié)果如圖5所示，從兩方面進(jìn)行分析。①管道損傷的分布：在剛性海床的條件下，由管道的位移云圖可看出，管道損傷的凹痕深度在撞擊中心處最大，并向四周擴(kuò)散，近似成橢圓形分布，此時(shí)沖擊能量幾乎全部被管道塑性變形所吸收。而在海床柔性及埋深的條件下，位移云圖的分布范圍逐漸向管道撞擊中心靠攏，其損傷區(qū)域的面積不斷減小。②管道損傷的最大凹痕深度：管道裸落在剛性海床上變?yōu)槁裰糜诤４矁?nèi)，撞擊中心處橫截面的凹痕深度由則0.18D逐漸減小至0.06D。這是由于在撞擊過程中，一部分沖擊能量被管道周圍的土體變形及管道的整體位移所耗散，減緩了管道的損傷范圍及深度，這與Zeinoddini等和姜逢源等得到的結(jié)論是一致的。分析可知，海床柔性及埋深對(duì)管道的損傷影響較大，不考慮該因素時(shí)得到的結(jié)果偏保守。因此，在可靠度分析中需考慮上述因素：使用Python編程建立相應(yīng)條件下的有限元模型并嵌入到可靠度分析程序。

圖5 不同條件下管道的位移云圖及凹痕深度Fig.5 Pipeline displacement contour and dent depth in different conditions

3.2 實(shí)例分析

圖6為某管道工程的平面布置圖，該工程所在地水深d=100 m，所在海域墜物的平均質(zhì)量為900 kg左右；海床土體為均質(zhì)黏土(不排水抗剪強(qiáng)度Su=10 kPa)；管道西南側(cè)距墜物點(diǎn)的距離為60 m，向東北方向延伸150 m，管道鋼材料的屈服強(qiáng)度σy=360 MPa,管道外徑D=324 mm，壁厚t=12 mm。

圖6 海底管道布置圖(m)Fig.6 Filed layout of submarine pipeline(m)

現(xiàn)分析管土相互作用對(duì)管道失效風(fēng)險(xiǎn)的影響，簡(jiǎn)化墜物為質(zhì)量m=900 kg、速度v=10 m/s球狀墜物，計(jì)算該管道在三種海床條件(①剛性海床；②柔性海床；③埋深e=0.5 m)下，受墜物撞擊時(shí)的可靠度指標(biāo)β及相應(yīng)的失效概率Pf=1-Φ(β)。結(jié)果如圖7所示。三種條件下管道的可靠度指標(biāo)分別為-4.85，2.93和5.21。海床柔性及埋深會(huì)大大提高管道的可靠度指標(biāo)，使其失效概率由1逐漸降低至10-7，對(duì)海底管道進(jìn)行埋深處理是一種有效的保護(hù)措施。

圖7 不同海床條件下管道的可靠度指標(biāo)及失效概率Fig.7 Reliability index and failure probability for pipeline under different seabed conditions

根據(jù)圖6中管道的鋪設(shè)路徑及墜物點(diǎn)的空間位置關(guān)系可求出墜物撞擊管道的概率Ph，具體計(jì)算方法可參考DNV法，則最終管道的總失效概率為Pf,t=Ph×Pf。圖8給出了三種條件下管道總失效概率沿管道長(zhǎng)度方向的空間分布，并與DNV法的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。由結(jié)果可知：①剛性海床條件下管道總失效概率的計(jì)算結(jié)果與DNV法的結(jié)果十分接近，因?yàn)槎呔雎粤斯芡料嗷プ饔玫挠绊?；②失效概率隨著管道距起點(diǎn)距離的增加迅速減小，對(duì)于剛性海床情況，距起點(diǎn)的距離大于40 m后其失效概率小于10-5，滿足一般工程的安全標(biāo)準(zhǔn)，故應(yīng)對(duì)前40 m內(nèi)的管道段進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)；③柔性海床條件下最大的失效概率為10-6，為剛性海床條件下的千分之一，可見DNV法未考慮土體對(duì)沖擊能量的耗散，計(jì)算結(jié)果偏于保守；④埋深條件下，管道的最大失效概率僅為10-10，這是因?yàn)楣艿郎细餐馏w的剪切破壞過程需消耗大量能量，最終有效保護(hù)了管道。

3.3 埋深對(duì)失效概率的影響

由3.2節(jié)分析可知，埋深極大提高了管道可靠性。為進(jìn)一步探究其影響，另選3種工況，計(jì)算不同埋深條件下(e=0.5 m，0.75 m，1.0 m)管道的可靠度指標(biāo)及失效概率，計(jì)算結(jié)果如圖9所示。其中，墜物為球狀，相關(guān)參數(shù)為：①m=3 500 kg，v=9.06 m/s；②m=2 750 kg，v=8.71 m/s；③m=2 000 kg，v=8.07 m/s。管道參數(shù)：σy=538 MPa，D=324 mm，t=12 mm?？梢钥闯?，管道受撞擊時(shí)的失效概率隨著埋深的增加而呈非線性降低。對(duì)于工況2的情況，0.5 m或0.75 m的埋深時(shí)管道的失效概率均大于10-5，其不足以有效的保護(hù)管道，直至埋深增加至1 m時(shí)，其失效概率才控制在可接受的范圍內(nèi)。但對(duì)于工況1來說，沖擊能量進(jìn)一步增大，1 m的埋深也不足以保護(hù)管道，還需增加埋深或采取其他的保護(hù)措施。因此，為選擇合理的管道埋深，應(yīng)以該海域內(nèi)典型的墜物沖擊為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖8 管道失效概率沿管道長(zhǎng)度的空間分布Fig.8 Spatial distribution of failure probability along the length of pipeline

圖9 不同埋深下管道的可靠度指標(biāo)及失效概率Fig.9 Reliability index and failure probability for pipeline with different burial depth

此外，Zeinoddini等和姜逢源等研究中還指出海床土體的力學(xué)特性也對(duì)沖擊能量的耗散有著重要的影響，故對(duì)其也應(yīng)進(jìn)行考慮。圖10為埋深e=0.5 m時(shí)，在工況2條件下管道的可靠度指標(biāo)及失效概率隨土體強(qiáng)度的變化曲線?？梢钥闯觯S著土體強(qiáng)度的增加，管道的失效概率逐步下降，并且下降的趨勢(shì)隨著土體強(qiáng)度的增加而越發(fā)明顯，這可從姜逢源等研究中的結(jié)果得到印證：對(duì)于埋置管道，隨著土體強(qiáng)度的增加，管道損傷的凹痕值的減少量逐漸增大。

3.4 隨機(jī)變量的靈敏度分析

進(jìn)行可靠度分析時(shí)，選取了σy，D，t作為隨機(jī)變量。由于設(shè)計(jì)和施工等因素，相關(guān)參數(shù)需要進(jìn)行調(diào)整，為分析上述因素的變異性的影響，以3.3節(jié)中工況3為例，即以μσy=448 MPa，cvσy=0.07；μD=324 mm，cvD=0.03;μt=12 mm，cvt=0.05為基準(zhǔn)，分別取其0.8倍、0.9倍、1.0倍、1.1倍、1.2倍，計(jì)算在質(zhì)量為m=2 000 kg的球狀墜物撞擊(v=8.07 m/s)埋深e=0.5 m的海底管道時(shí)的可靠度及失效概率，結(jié)果如圖11和圖12所示。

圖10 管道的可靠度指標(biāo)及失效概率隨土體強(qiáng)度的變化Fig.10 Reliability index and failure probability for pipeline with different soil strength

圖11 可靠度指標(biāo)及失效概率隨均值的變化Fig.11 Reliability index and failure probability with different means

分析可得：①當(dāng)均值發(fā)生變化時(shí)，屈服強(qiáng)度σy的影響效果最為顯著，可靠度指標(biāo)從1.85上升至4.28，其次為壁厚t，再次為管徑D。說明管道材料的屈服強(qiáng)度的增加明顯提高了管道抵抗沖擊的承載力，而壁厚與塑性彎矩呈2次方關(guān)系，其影響效果也較為明顯。②當(dāng)變異系數(shù)發(fā)生變化時(shí)，可靠度指標(biāo)隨著cvσy的增加而下降，其失效概率發(fā)生了量級(jí)上的變化，由10-4迅速增加到10-2，因而在對(duì)鋼材的力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)要嚴(yán)格把控其質(zhì)量。而對(duì)于cvD及cvt的變化，可靠度指標(biāo)僅發(fā)生微小的波動(dòng)，受管徑D及壁厚t變異性的影響較小。

圖12 可靠度指標(biāo)及失效概率隨均值的變化Fig. 12 Reliability index and failure probability with different variable coefficients

4 結(jié) 論

本文將非線性及管土耦合作用引入風(fēng)險(xiǎn)分析中，利用非線性有限元分析法與響應(yīng)面法耦合，構(gòu)建了海底管道受墜物撞擊的可靠度分析方法，并與Monte Carlo法對(duì)比，驗(yàn)證了其合理性，同時(shí)分析了管土耦合作用對(duì)管道失效概率的影響，得到以下結(jié)論：

(1)基于Python二次開發(fā)技術(shù)，將非線性有限元分析模塊嵌入響應(yīng)面法中構(gòu)建了可靠度分析模型，實(shí)現(xiàn)了求解算法與有限元分析之間的信息傳遞、迭代等工作，該技術(shù)可拓展到其他相關(guān)領(lǐng)域，如結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化等。

(2) 由實(shí)例分析可知，管道的失效概率沿管道起點(diǎn)距離逐漸減小，前40 m范圍內(nèi)的失效概率較大，應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)；與剛性海床條件相比，柔性海床條件下管道的失效概率為前者的10-3；埋深條件下，管道的最大失效概率僅為剛性海床條件下的10-7，極大提高管道的安全性；綜上，不考慮管土相互作用時(shí)結(jié)果偏保守；

(3) 增加埋深能明顯降低管道的失效風(fēng)險(xiǎn)，但沖擊能量較大時(shí)(約145 kJ)，1 m埋深時(shí)管道的失效概率仍大于10-5，不足以提供安全保障。故在選擇合理的埋深時(shí)，應(yīng)針對(duì)該海域內(nèi)墜物的典型墜物附帶的沖擊能量作為設(shè)計(jì)埋深，同時(shí)也要考慮到海床土體的力學(xué)特性。

(4) 隨機(jī)變量敏感性分析，當(dāng)各變量的均值以0.8～1.2倍變化時(shí)，σy對(duì)可靠度及失效概率的影響最大，其次為t及D；當(dāng)變異系數(shù)以0.8～1.2倍變化時(shí)，可靠度指標(biāo)隨cvσy增大而減小，失效概率發(fā)生量級(jí)上的增加；其余兩變量的變異系數(shù)對(duì)結(jié)果的影響不大，工程建設(shè)中，檢測(cè)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格把控鋼材的材質(zhì)。

本文提出的有限元-響應(yīng)面耦合可靠度模型首次應(yīng)用于管道的風(fēng)險(xiǎn)分析中，建立了管道風(fēng)險(xiǎn)與埋深間的關(guān)系，該模型及研究結(jié)果可為工程設(shè)計(jì)提供有效指導(dǎo)。未來，將在模型中考慮更多因素的作用，如墜物種類、尺寸，土體材料等影響。