海底管道是海上油气开发生产系统的生命线,其在位稳定性是海洋油气安全运输的重要保障。海底管线底下的局部冲刷被视为影响管线稳定性的关键因素。本文研究的目的是研究倾斜埋于沙床上的管线,在受到不同攻角的单向流作用下,倾斜管线下部冲刷随时间沿着管线轴向扩展的变化规律,为管线的稳定性提供了可靠的评价方法。管线的轴向倾斜是由于管线在冲刷过程中自然下垂至冲刷孔底部或工程中人为干预造成的,而管线周围的局部掩埋是可能是管线安装时候人工填埋或者泥沙输送造成的自然回填。本文第一章对研究背景及意义进行了介绍,并提出研究目的及方案。第二章主要介绍试验概况,分别从试验水槽布置、模型设置、试验所需仪器、试验参数设置以及装置的率定等几方面来阐述。第三章主要研究倾斜角度对管道的冲刷扩展速率的影响。在试验冲刷的过程中使用CIS传感器采集数据得到冲刷扩展的时间历程线,进而分析得到倾斜管道冲刷扩展的特性。实验结果表明:第一,在相同水流作用角α下,管道倾斜角γ越大冲刷扩展速率越小,冲刷平衡扩展长度越小;在一定的γ下,流速越大,冲刷扩展速率越大,且冲刷越早达到平衡。当γ=1°,2°时,冲刷扩展分为明显的快速扩展阶段和缓慢扩展阶段。尤其是γ=2°时,流速对冲刷平衡扩展长度影响可以忽略。第二,在相同的管道倾斜角γ下,α越大冲刷扩展速率越大,冲刷扩展长度越大;但当α>22.5°时,冲刷扩展速率与扩展长度随着α的增大而减小。通过对不同影响参数的对比分析,提出了倾斜管道下的冲刷扩展的预测模型。第四章主要研究倾斜角度对于管道冲刷深度的影响。在试验冲刷的过程中使用UDV流速仪对倾斜管道与沙床的交界点处的冲刷深度进行监测,从而得到冲刷深度的时间历程线,并对冲刷深度变化的特性进行了分析。结果表明:第一,在相同的α作用下,γ越大,冲刷平衡深度越小,冲刷时间尺度越大。当γ=2°时,较大流速下冲刷过程的后期出现明显的淤积再冲刷的现象。第二,在相同的γ作用下,|α|越大,冲刷平衡深度越大;当|α|>22.5°时,随着|α|的增大,平衡冲刷深度减小。通过分析时间历程线的特性以及冲刷的时间尺度,对倾斜管道冲刷深度的特性进行了讨论。第五章对主要研究成果进行了总结,为后续研究工作提供了建议。