海流载荷作用下海底管道在斜坡砂质海床上的在位稳定性,涉及海流、管道、斜坡土体之间的流固土耦合作用。本文针对该问题开展了机械加载试验、理论分析和数值模拟研究,旨在揭示管土相互作用机理,进而获得斜坡海床上海底管道侧向失稳规律。　　 研制了模拟斜坡海床上管道在位稳定性的机械加载装置,并采用砂雨法制备大体积斜坡土体。利用流固土耦合波流水槽完成了模拟管道在位失稳的系列水动力试验,并与机械加载试验进行了对比分析,结果显示二者具有较好的可比性。开展系列机械加载模型试验研究不同约束条件下的管道侧向失稳过程中的侧向土阻力特性。试验观测表明,对于直接铺设于在斜坡海床上的管道,若初始侧向土阻力不足以平衡管道自重在沿坡方向的分量,管道会发生自重下的静态失稳。在管道失稳过程中,上坡失稳管道的侧向土阻力随管道侧向位移的增加先减小至零,而后反向增大至最大值;下坡失稳管道的侧向土阻力随着管道侧向位移的增加逐渐增大并最终达到极限值。研究了极限侧向土阻力系数随海床坡度、无量纲管道水下重量和管道端部约束条件等因素的变化规律。无论上坡失稳还是下坡失稳,极限侧向土阻力系数随着绝对海床坡度的增加而增加;防止滚动管道的极限侧向土阻力系数远大于两端自由管道;管道水下重量也对管道失稳时的极限侧向土阻力系数有所影响。　　 提出了基于库伦被动土压力理论的管土相互作用模型,通过简化管土接触面和假设土体内部滑移而,改进了计算土体作用在管道上的侧向土阻力公式。给出了针对两种土体滑移型式－浅层滑移型式和深层滑移型式的计算公式。通过与数值方法的对比分析,证明管土相互作用模型可以计算管道临界失稳时的临界侧向土阻力。进行了参量敏感度分析,并研究了不同海床坡度、管道水下重量、土体内摩擦角条件下的滑移型式变化。该模型可对管道失稳时的极限侧向土阻力进行预测,且极限侧向土阻力取决于管道失稳过程中的最大沉降。　　 提出了一种分析斜坡海床上海底管道在海流作用下的侧向在位稳定性的平面应变有限元模拟方法:利用修正的Drucker-Prager/Cap本构模型描述土体弹塑性,考虑倾斜土体的自重应力场的影响,采用自适应网格技术和接触对算法,模拟管道侧向失稳的准静态过程。利用机械加载实验结果对数值模型进行了验证,证明该有限元模型可以模拟管道失稳过程。利用数值模型的结果得到的管道周围土体塑性变形和位移增量矢量场,研究了海床坡度、管土界面摩擦系数、土体内摩擦角等因素对无初始嵌入管道的侧向在位稳定性的影响规律。