第4期闫澍旺，等：海管碎石保护结构抵抗拖锚危害的模型试验研究

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与锚链相连的一端端点O（见图7（b）），其中土体对锚的作用力产生转动力矩，锚自身的重力产生抗转力矩。

土体对锚的作用力因拖拽力而产生，但拖拽力与矩心共线，不产生转动力矩。对同一个锚来说，锚自身重力G不变，拖拽力F的大小取决于船舶所受到的凤浪流作用力以及锚链所受阻力，因此锚体能否发生转动直接取决于土体对锚的被动土压力F土1和F土2所产生的转动力矩。试验中，锚体在细砂中运动一定距离后即处于稳定的平动状态，此时锚体自身处于力矩平衡状态，不会发生转动。

碎石内摩擦角较大，对锚爪和锚冠的被动土压力较大，在抗转力矩不变的情况下，转动力矩增大，力矩平衡被打破，从而使锚体发生旋转，进而导致被动土压力减小，转动力矩减小，直到再次达到力矩平衡状态，锚体以较小的深度运动。

根据上述理论，对三个模型锚在细砂和碎石中所受的转动和抗转力矩进行了简单计算，计算结果如表2所示。由计算结果可知，在细砂中，模型锚所受转动力矩小于抗转力矩，因此锚体基本以平动的方式运动；进入碎石后，模型锚所受转动力矩大于抗转力矩，因此试验中锚体发生旋转。

表2

Tab．2

实验锚质量/kg5．723．970．5

土质细砂细砂细砂

转动力矩和抗转力矩计算结果

Calculationresultsofdrivingtorqueandresistingtorque转动力矩/（N·m）3．01791

抗转力矩/（N·m）16．8123535

土质碎石碎石碎石

转动力矩/（N·m）29．8195984

抗转力矩/（N·m）16．8123535

虽然模型锚与实际船锚的尺寸和质量差距较大，但鉴于三种不同尺寸模型锚的试验结果近似，所反映的规律一致，且与计算结果规律吻合，因此本试验的尺寸效应不明显，上述模型锚的运动过程和转动机理适用于实际船锚。

4结语

在模型槽中模拟了地基土和碎石保护结构，采用三种不同尺度的模型锚进行了模型试验，在试验中通过改变试验初始状态锚体的埋置深度和相距碎石保护结构的距离，模拟不同工况下拖锚经过碎石保护结构的过程，实时测量锚体入土深度和锚抓力的变化。通过试验结果和理论分析，得出了碎石保护结构海底管线免受拖锚危害的机理，即锚体由地基土进入碎石保护结构后，土阻力增大，作用在锚上的不平衡力矩使锚体发生旋转，锚爪尖端位置上移远离埋设管线，因而可以起到对海底管线的保护作用。参考文献：

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