为了正确评估深水黏土中海底管线的贯入阻力和水平阻力,本文采用大变形有限元方法研究管线的竖向浅贯入、大位移深贯入以及管线横向运动的管土相互作用。首先,本文采用耦合欧拉-拉格朗日法(CEL)模拟黏土中浅埋置海底管线竖向大变形贯入过程,并通过子程序VUSDFLD研究土体的应变率效应和应变软化对管线承载力的影响;分析了贯入过程中管线两侧隆起土体提供的阻力,并对其进行了敏感性分析,提出了表面隆起承载力系数的公式。研究结果表明,管线的承载力系数随应变率参数的增大而显著增加;土体灵敏度越大,土体软化速率越快,管线的承载力系数越低;表面隆起承载力系数取决于土体的有效重度,并且贯入深度越大,土体的有效重度对表面隆起承载力的影响越明显。然后,采用CEL法对管线深贯入和循环贯入过程中的贯入阻力和土体破坏机理进行了研究,并通过子程序VUSDFLD和VUFIELD编写了管土接触面的黏聚力算法。通过简单的转动剪切模型,验证了该黏聚力算法的正确性,并用于管线深贯入和循环贯入应变软化黏土的大变形分析。研究结果表明,贯入阻力曲线的振荡与管线周围剪切带的间歇形成有关。在土体部分回流阶段,新形成的剪切带交叉到旧的剪切带上;在土体完全回流阶段,剪切带不断演变,形成一个近似网状的结构。在循环破坏区域,不同界面粗糙度下的循环贯入阻力退化模型可以通过一个带有累积塑性位移的变量方程很好地拟合。当土体完全重塑时,贯入过程和上拔过程的速度场高度分别为1.79D和1.80D,速度场的宽度先逐渐降低,而后逐渐增加趋于稳定。最后,针对深水中的海底管线横向屈曲问题,本文采用ABAQUS内置的任意拉格朗日-欧拉(ALE)法研究管重对水平阻力、土体破坏机理以及管线运动轨迹的影响,并通过子程序VFRIC正确模拟管线-黏土之间的黏性接触,同时考虑土体的应变率效应和应变软化效应的影响。研究表明,“轻管”向上运动且土体破坏机理为“扫土”破坏;重管向下运动,为“铲土”破坏。管重对管线的残余埋深和残余阻力影响显著;采用屈服包络面能很好地模拟“轻管”和“重管”的峰值阻力。