在高压/高温（HP/HT）条件下，由于地基土壤的约束，管道在循环过程中会产生轴向应力累积，从而导致整体屈曲变形。整体屈曲变形是一个严重问题，对海底管道构成威胁[1,2]，已有许多研究者对此进行了研究。整体屈曲变形可分为横向屈曲和纵向屈曲[3]。关于海底管道的横向屈曲，早期的理论研究基于刚性[4]和柔性[5]地基条件提供了分析解。此后，关于海底管道整体屈曲的理论研究基于这两种理论展开，包括缺陷管道的临界轴向力[6]、整体屈曲的数值模拟方法[7]、行走与整体屈曲的耦合[8]以及管道在横向屈曲中的大位移[9,10]等方面。在纵向屈曲方面，早期的管道整体屈曲试验主要针对纵向屈曲进行。Roof等人（1993年）[11]发表了首项关于管道整体屈曲试验的完整研究成果。后续的研究者在不同因素（如温度载荷[12,13]、管道类型[14,15]和纵向抗穿透能力[16]）的影响下取得了重要成果。这些研究揭示了整体屈曲的机制和响应，为整体屈曲防护的研究奠定了基础。
为了解决整体屈曲变形防护问题，通常在浅海工程中采取埋设等措施来约束管道[17]，以提高管道的整体屈曲临界载荷，从而有效抑制管道变形。但在水深超过1000米的深海管道项目中，通常不进行埋设，因为环境复杂且难以有效保护管道[18]。工程中常采用主动诱导海底管道横向屈曲的设计方法[19]，通过在预定位置设置诱导因素，将可能的大范围整体屈曲分散为多个可控的整体屈曲[18,20,21]，从而实现有效的管道保护。典型的保护措施包括浮力法、枕木法和蛇形铺设法，实际工程中也存在这些方法的组合[22]。在这些保护措施中，蛇形铺设法因其实施简单、无需昂贵的海底设备或高安装成本等优点而被广泛采用[23,24]。
蛇形铺设法是将管道以蛇形结构铺设在海床上，管道呈现Z形，包含延伸中心线的规则偏移[23]。1995年，Saevik等人[25]提出通过预先弯曲管道来控制横向屈曲。1999年，Preston等人[26]分析了蛇形铺设方法对管道整体屈曲的影响。2004年，Hooper等人[27]基于北海Penguins项目，概述了蛇形铺设法在管中管（PIP）系统中的应用。2004年，Matheson[28]基于Penguins项目，研究了管道铺设过程中的整体屈曲不确定性及其应对方法，预测了蛇形铺设管道的效果，并与实际管道运行结果进行了比较。2008年，Rundsag等人[29]总结和完善了蛇形铺设法的概念。2015年，Wang等人[30]结合遗传算法和有限元分析方法优化了蛇形铺设法的管道路径。2018年，Liu等人[31]通过比较蛇形铺设管道与直管道的数值模拟结果，分析了各种参数对整体屈曲变形的影响。2022年，Yasaman[32]模拟了HT/HP条件下蛇形铺设管道的整体屈曲后的断裂模式。2024年，Wang[33]研究了屈曲变形后蛇形铺设管道在主动控制下的可靠性。
现有关于海底管道蛇形铺设方法的研究存在两个不足之处。一是整体屈曲分析仅针对单一温度-压力载荷下的蛇形铺设管道进行，而实际工程中的管道在开启和关闭过程中会受到数百次温度-压力循环载荷的作用。二是缺乏关于蛇形铺设管道在温度-压力循环载荷下的整体屈曲响应的研究。此外，大多数现有研究集中在平坦海床上，而对倾斜海床条件下管道的整体屈曲响应和轴向运动特性的研究较少，而实际项目中倾斜海床非常普遍。倾斜海床上的海底管道在循环载荷下会出现行走现象，长期轴向位移的累积对管道末端连接的安全构成严重威胁[34,35]。因此，本研究分别阐明了蛇形铺设管道在平坦和倾斜海床上受到多种循环载荷时的整体屈曲响应特性。随后分析了蛇形铺设管道在倾斜海床上的轴向运动问题，并提出了改进方案，以满足整体屈曲和行走的联合预防和控制需求。
