【摘 要】
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自升式钻井平台在中、浅海域进行油气勘探开发及风电设施安装维修过程中,通常需要将桩靴贯入海洋土体中,借助桩靴承载力提高平台的在位稳定性。然而,海洋黏土在受剪及扰动的过程中具有明显的脆性及应变软化特性,忽略该特性的影响会使桩靴承载力预测值明显偏高,从而给平台预压过程带来极大的安全隐患。为建立能够考虑结构性黏土应变软化效应的桩靴承载力预测模型,本文首先评估了现有承载力分析方法,然后提出了考虑结构性黏土软
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自升式钻井平台在中、浅海域进行油气勘探开发及风电设施安装维修过程中,通常需要将桩靴贯入海洋土体中,借助桩靴承载力提高平台的在位稳定性。然而,海洋黏土在受剪及扰动的过程中具有明显的脆性及应变软化特性,忽略该特性的影响会使桩靴承载力预测值明显偏高,从而给平台预压过程带来极大的安全隐患。为建立能够考虑结构性黏土应变软化效应的桩靴承载力预测模型,本文首先评估了现有承载力分析方法,然后提出了考虑结构性黏土软化效应的耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian,简称CEL)数值分析方法,对桩靴在单一黏土层及上硬下软黏土层中连续贯入时的承载特性进行研究,并得到了如下结论:(1)对比了现行桩靴承载力分析方法,指出采用ISO方法、Houlsby&Randolph法、Brown&Meyerhof法仅能得到桩靴承载力下限解;Hossain等方法虽然是基于单层黏土离心机试验及大变形数值分析结果建立的,但无法反映结构性黏土应变软化效应的影响;桩靴在上硬下软黏土层中贯入时,Hossain&Randolph法和Zheng等预测公式中也未涉及应变软化参数的选取,因此上述桩靴承载力分析方法仍有待改进。(2)明确了桩靴在单一黏土层贯入过程中土体灵敏度St、土体软化参数ζ95及土体脆性参数β对极限孔穴高度和桩靴竖向承载力的影响,其中土体脆性参数β是敏感性影响因素,进一步考虑β的影响会使桩靴竖向承载力因子在现有预测结果的基础上降低约13%;建立了考虑结构性黏土应变软化效应的极限孔穴高度及桩靴竖向承载力预测公式,式中参数意义明确,预测精度较高。(3)探明了桩靴在上硬下软黏土层贯入过程中上下土层强度比su bs/sut、上层土体相对厚度t/D、下层土体非均匀程度k D/subs等因素对土体流动机理、极限孔穴高度及桩靴竖向承载力的影响,其中su bs/sut是决定桩靴穿刺的关键参数,subs/sut(29)0.6时,桩靴承载力曲线会在土层交界面处平稳过渡而无明显穿刺现象。(4)改进了上硬下软黏土层桩靴上方极限孔穴高度预测公式,式中引入t/D、k D/subs及应变软化参数,可综合考虑上层硬黏土厚度、下层土体强度及土体应变软化效应的影响;建立了考虑黏土应变软化效应的上硬下软黏土层桩靴竖向承载力预测模型,模型可靠性较高,研究成果可为预测桩靴最终贯入深度、评估桩靴穿刺风险奠定工程应用基础。
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