随着海洋油气资源开采技术的发展,海底管道逐步在全球范围内成为油气运输的主要手段。高温高压下,裸置的海底管道较易发生水平向整体屈曲,备受工程界与学术界的关注。土体对管道的非线性约束导致了管道整体屈曲变形的复杂化。为了有效考虑土体对管道约束力的非线性特征,本文引入了摄动法求解非线性土体抗力模型下海底管道水平向整体屈曲的解析解,并采用大变形数值模拟方法和经典解析解法对摄动法结果进行了对比验证,主要研究工作和成果如下:(1)推导了管道水平向整体屈曲的摄动法解。构建了土体对管道约束力的非线性连续函数模型;采用摄动法推导了理想管道和含初始缺陷管道水平向整体屈曲的解析解;并分析了一阶至四阶摄动法解的区别。(2)运用PSI与改进Riks法相结合的大变形数值模拟方法验证摄动法解。通过与经典解析解的对比,验证了PSI与改进Riks相结合的大变形数值模拟方法的可靠性;进而采用非线性土体抗力模型,开展了管道水平向整体屈曲的大变形数值模拟,并与摄动法解进行了对比。(3)采用基于非线性土体抗力模型的管道整体屈曲Galerkin解进一步验证了摄动法的可靠性。Galerkin解是可以考虑土体对管道非线性作用的管道屈曲问题经典解,但其求解过程繁杂、计算量大,从提出至今未得到广泛应用,因此运用Galerkin解进一步验证了摄动法解的可靠性。(4)采用摄动法研究了管道水平向整体屈曲的影响因素及规律性。分析了单位管重、管道初始缺陷幅值与波长比值对管道整体屈曲形态与屈曲轴力的影响。研究表明,管重的增加有利于抵抗管道的整体屈曲,管道的初始缺陷幅值主要影响前屈曲阶段管道屈曲的临界屈曲轴力和起始温差。