海洋油气资源依然是社会主要的能源来源,而在整个海洋油气资源开发过程中,海洋油气输送管道处于至关重要的位置,因为一旦管道遭到破坏,不但会造成经济损失,还会引发各种难以治理的环境问题。由于海底油气管道的工作温度和压强大幅增加,深海管道的整体屈曲问题日益突出。在管道整体屈曲过程中,初始缺陷的形态对其响应具有重要的影响。特别是海底油气管道所处环境更为复杂,可能会出现诸如悬跨段、竖向凸起等海床缺陷形式,这些特殊的海床拓扑特征均会对海底管道的整体屈曲造成影响。因此本文主围绕这些缺陷形式下的海底管道整体屈曲问题,采用数值模拟、试验分析以及统计分析的方法,展开了深入系统的研究,取得了一些既具有科学意义又具有工程时间意义的成果:研究了两种竖向缺陷条件下的管道的竖向整体屈曲行为,包括对称有缺陷以及非对称台阶缺陷两种,建立了竖向缺陷条件下海底管道整体屈曲数值模型,分析其竖向屈曲过程,并分析了缺陷高度、管道抗弯刚度以及管道重量对其竖向整体屈曲过程的影响,推导了竖向缺陷条件下管道竖向整体屈曲的临界力计算公式;在此基础上,设计并进行了带有竖向缺陷的管道竖向屈曲模型试验,通过管道内部流通的热油模拟管道运行实际工况,该试验不仅验证了数值模型的正确性,还验证了管道竖向屈曲过程中的动力效应。研究了悬跨管道的竖向整体屈曲行为,建立了带有悬跨段管道竖向整体屈曲数值分析模型,分析了其竖向屈曲过程,并分析了悬跨长度、管道抗弯刚度以及管道自身重量对其竖向屈曲过程的影响;结合数值分析结果,结合量纲分析,获得了该类竖向屈曲的临界屈曲轴向力;在此基础上,设计并进行了带有悬跨段的管道的竖向整体屈曲试验,通过热油对管道进行加载以模拟管道整体屈曲过程实际工况。试验选取了管道直径以及悬跨段长度作为控制参数,不仅验证了建立数值模型的准确性,还为进一步的研究奠定了基础。研究了统计学习模型在分析海底管道竖向整体屈曲的应用,通过采用线性回归模型、决策树模型以及随机森林模型对管道竖向屈曲临界屈曲轴向力进行建模计算,训练模型得具有良好的计算精度,可以用于指导工程实践。