双兰线原油成品油管道是我国西部开发的重要工程之一,具有十分重要的经济战略地位。由于管线跨越地段大,各种地质灾害发育频繁,尤其在每年夏季汛期内管道沿线多发水毁等自然灾害,对管道的安全运行造成严重威胁。因此,有必要对水毁灾害的原因进行分析,并对管道水工保护结构开展优化设计和适宜性分析。为了达到这一目标,本文主要做了以下工作:(1)对双兰线2016年管道水毁情况进行了现场调研,结果发现15处水毁点中有11处属于河沟道水毁类型,1处坡面水毁,3处台田地水毁。将占比最多的河沟道水毁作为主要勘查对象,选取其中具有代表性的大沙河穿越段作为勘查重点,取得了该管段管道水工保护结构——地下防冲墙的设计参数和大沙河流域的水文资料,通过取得的水文资料计算出了该穿越断面的洪峰流量和水位,并根据水工保护结构的破坏情况做了初步的原因分析。(2)建立了水毁发生工况时的直顶地下防冲墙结构模型,利用VOF模型在Fluent中对墙体周围流场进行了计算。结果表明由于该墙体与水流结构贴合度不高,导致了墙体的三个面上都有流线分离的情况存在,这是造成局部冲刷的主要原因。(3)针对水毁原因,提出了具有正态分布曲线特点的曲顶防冲墙设计,并通过Matlab和solidworks建立了两种不同厚度的直顶墙和曲顶墙几何模型,利用数值模拟的方法对比分析了4种墙体的速度场、压力场、湍动能和床面剪切力,其中曲顶墙因其独特的流线型设计,能较好改善水流结构。研究发现直顶墙加厚处理后由于主流区被抬高,水流势能增加造成床面速度和剪切力均上升,床面更易被冲刷;而加厚后的曲顶墙设计由于更加贴合自然水流形态,几乎消除了翻越点对水流的抬高作用,其床面最大回流速度仅为原先设计的68%。最大剪切力下降了 33%,较大剪切力区面积下降了 77.5%,证明了该设计能有效减轻局部冲刷,延长防冲墙的使用寿命。(4)针对双兰线管道另一种水工保护结构——石笼进行了形状设计,分析了正四边形、正三角形和半圆形三种不同形状石笼在淹没流场中的防冲刷表现。经过流速、压力、湍动能、床面剪切力分析及阻力计算,发现半圆形设计的石笼可以有效减小水流曳力,防止在水流的冲击力下倾覆或断裂,同时半圆形设计还具有保护周围床面不被水流冲刷的作用。(5)总结了双兰线水工保护结构被破坏的主要原因有自然因素和人为因素两个方面,结合前几章仿真分析并针对水毁原因,提出了关于地下防冲墙、钢筋石笼和护坡(岸)的优化意见并绘制了设计图纸,同时对上述优化内容及其他常用水工保护结构的适用条件作了总结。