海底管道与土壤的相互作用是海底管道设计中的关键问题之一。本文通过大型通用有限元计算软件ABAQUS程序,土体的本构模型(应力应变关系)分别采用非线性弹性模型、多孔弹性模型、弹塑性模型,对管土系统进行有限元分析,获得每种本构模型各个方向的阻力位移曲线,并应用阻力位移曲线计算在自重和环境载荷作用下单跨管道的应力分布和位移分布的算例。由于管道与土体是两种不同的材料,要考虑接触面的影响,根据软件中所规定的建立接触面的方法建立管道与海床这一接触对。1、本文用Fortran语言编写了土壤本构非线性弹性模型程序,并嵌入ABAQUS对海底管道进行静态计算与分析。由计算结果得到了海底管道在土壤中的各个方向的阻力位移曲线,根据各个方向的阻力位移曲线得到了土壤相应方向的非线性弹性刚度系数。此外,本文以海底单跨管道为例,用上述的弹性刚度系数的弹簧模拟非线性土壤,将其作为单跨管道的边界条件,计算了单跨管道在自重和环境载荷作用下的应力分布与其位移变化。2、流—固—土耦合的试验表明,渗流在管土系统中起着重要的作用,因此土壤的本构关系可采用多孔弹性模型来模拟。本文编写了土壤孔隙比随深度变化的子程序,借助ABAQUS计算得到了管道在土壤中的各个方向的阻力位移曲线,由阻力位移关系曲线得到了土壤多孔弹性模型的弹簧刚度。运用该土壤模型模拟单跨管道在自重和环境载荷作用下与土壤接触的边界条件,计算分析了单跨管道的应力分布及其位移关系。3、土壤的变形既包括弹性变形又包括塑性变形。本文由土壤的弹塑性模型计算得到了土壤各方向的刚度系数,同样以海底单跨管道为例,由弹簧模拟管道与土壤接触的边界条件,考察了管道的应力分布情况和位移变化关系。最后,本文对三种土壤模型的阻力位移曲线的计算结果进行了比较与分析,同时本文的计算结果还与ALA规范计算结果进行了比较,研究结果表明三种土壤阻力位移曲线变化趋势明显不同,但多孔模型与规范最为接近,可以为海底管线的设计提供理论依据。