深海长距离输运管道通常穿越不同海域，遭遇多种环境载荷和海床土体类型，因此合理评估海底管道结构稳定性和潜在风险对于管道铺设和安全运行保障具有重要意义。本文围绕管道侧向在位失稳、冲刷悬空、侧向整体屈曲问题开展研究，旨在获得海底管道失稳的耦合力学作用机理，揭示侧向失稳与悬空触发模式之间的竞争机制，建立考虑海床土性参数空间随机分布特性的长输管道细长结构的侧向整体屈曲失稳预测方法。

通过对我国南海某深水区表层沉积物柱状样的微观结构和物理力学性质的探究发现，深海沉积物的微观结构为絮凝或叠片状，呈现出高微生物含量、高孔隙比、低强度等典型特点。针对深海黏性土海床条件，建立了基于被动土压力理论的海底管道侧向失稳预测模型，得到了极限侧向土阻力及其被动土压力分量和滑动土阻力分量的显式表达式。开展流固土多场耦合分析，揭示了海流作用下管道侧向失稳与土体内部侵蚀诱导管道悬空两种典型失稳模式的竞争机制，构建了以无量纲管道嵌入深度、无量纲水下重量和临界流速三参量描述的管土相互作用系统失稳包络面。参量分析表明，当管道嵌入深度小于临界值时，管道下方土体发生侵蚀渗透破坏而导致管道发生悬空；而当嵌入深度超过该临界值时，管道下方土体侵蚀破坏将受到抑制从而使得管道侧向失稳更易被触发。

鉴于深水海底管道稳定性通常受到大陆坡斜坡海床的影响，开展了斜坡砂质海床上轴向管土相互作用研究。基于已有机械加载试验结果，分析获得了管道极限轴向抗滑力及相应位移的特征及规律。管土之间的圆弧接触面使得管土界面的径向压力积分高于管道水下重量而引起楔形效应，为此推导得到了针对砂土海床条件的楔形效应系数。进而构建了斜坡海床上管道极限轴向抗滑力的预测模型。

结合南海某深水区表层沉积物的勘探数据，对海床土性参数的空间随机分布特征开展了统计分析。基于随机场理论，采用局部平均细分算法实现了土性参数空间随机场的构建，提出了长输管道细长结构侧向整体屈曲失稳预测的半解析分析方法。开展了非均质海床上管道侧向整体稳定性的可靠度分析，蒙特卡洛模拟结果发现，管道侧向屈曲临界温度的均值略小于均质海床上的结果；且临界温度与不排水抗剪强度的变异系数之间近似满足线性关系。可靠度分析表明，采用确定性分析方法设计的管道将面临高概率整体屈曲的风险。