软黏土中吸力式桶形基础上拔离心模型试验与数值分析
发布时间：2021-04-06 21:39
海洋油气和风电等能源开发是解决能源短缺问题的重要途径。对于海洋油气平台、海上风机等构筑物,吸力式桶形基础因具有运输方便、安装成本较低且可重复利用等优点正在得到工程界越来越广泛的关注。桶形基础在受力过程中承载力的发挥与加载速率、排水特性和土体应变软化等因素密切相关,研究考虑这些复杂作用下桶形基础上拔承载特性对于保障海洋能源基础设施安全服役具有重要意义。本文针对该问题开展了较系统的超重力离心模型试验和数值模拟,主要研究成果如下:（1）利用大变形连续极限分析（Sequential limit analysis,SLA）方法,开展了 T-bar由泥面贯入至地基深层过程的模拟。揭示了贯入过程中地基土由浅层整体非满流破坏机构向深层局部满流破坏机构的转变,并评估了满流前传统T-bar阻力系数模型的误差;首次提出了考虑T-bar初始贯入引发土体应变软化的阻力系数修正模型,使T-bar测试技术获取地基“原状”不排水抗剪强度成为可能。基于参数分析量化了 T-bar测试中界面粗糙度和贯入速率对贯入阻力的影响。这部分工作显著提高了后续超重力离心模型试验中地基土强度的测试精度。（2）在软黏土地基中展开了不同加载...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２常见海上油气平台型式（工学网资料）??．，
有研究（秦力，２０１４）。??我国首座吸力式桶形基础海洋平台于１９９９年在胜利油田ＣＢ２０Ｂ井安装成功，??该平台设计工作水深８．９?ｍ，基础部分由４个高４．４?ｍ，直径４?ｍ的桶组成。该平台??建设成功标志着我们国家桶形基础平台在浅海进入试用阶段（贾延财，２０１０）。灾??害性海浪、风暴潮等极端复杂荷载作用对海上风机、油气平台等构筑物服役安全性??威胁极大。Ｈｏｕｌｓｂｙ等人（２００５）指出，对于四腿桶形基础，在极端复杂荷载作用??下荷载主要通过相对的腿下基础的“推拉”运动来承受（图１．３?（ａ））。对于单个腿??下的桶形基础而言，其抗拔承载力研究是最重要的。图１．３?（ｂ）和（ｃ）为典型的??张力腿平台（ＴＬＰ）承受上拔荷载及破坏图。我国海洋地基土中海相软黏土地基分??布广，如珠江三角洲、长江三角洲等入海口地区分布大面积淤积软黏土；随着城镇??化推进，滨海区和近海区吹填土填海造陆形成软黏土地基；河流流入海底沉积形成??的海底软黏土，且厚度较大，一般在５－２０ｍ?（杨浩明，２０１２）。因此，研究吸力式??桶形基础在软黏土地基中上拔承载特性，对我国多腿海上风机、油气平台等海上构??筑物发展应用具有重要意义。??－Ｉ??々：＿＿丨華??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图１．３海上吸力式桶形基础竖向受荷及破坏：（ａ）风机基础受荷；（ｂ）张力腿平台基础承受上??拔荷载；（ｃ）群桶基础拔出破坏（Ｄｙｖｉｋ等，１９９３）??桶形基础在荷载作用下与地基土之间发生相对位移或地基土发生整体破坏，地??基土破坏类型主要为剪切破坏。软黏土不排水剪切强度是评估软黏土中桶形基础承??３??
浙江大学博士学位论文???［ｄ?Ｓｏｉｆｌｏｗ??Ｌｏａ４ｃ＜０?Ａ??＼?！?ｆ＇??ｒｆ?？??Ｔ細?Ａ??ｄ＆ｍｅｔａ：５ｍｍ??ｋｎｆｔｆａ?：２０ｉｎａ??Ｓｅｃｔｉｏｔ?Ａ??图１．４Ｔ－ｂａｒ全流贯入仪示意图（Ｗａｔｓｏｎ和Ｓｕｅｍａｓａ，２０００）??１．２?Ｔ－ｂａｒ贯入仪贯入阻力模型研究现状??软黏土中Ｔ－ｂａｒ贯入仪贯入阻力解析解最初是根据Ｒａｎｄｏｌｐｈ和Ｈｏｕｌｓｂｙ?（１９８４）??塑性理论解析解得出的。Ｒａｎｄｏｌｐｈ和Ｈｏｕｌｓｂｙ?（１９８４）将刚性桩（类似于Ｔ－ｂａｒ探??头）筒化为二维极限分析问题，将软黏土假定为理想刚塑性材料，并通过合理假设??１／４桩周地基土应力场和速度场（见图１．５），得到了不同接触粗糙度桩土相互作用??力。根据解析解建议中等粗糙度刚性桩阻力１０．５?（凡ｃ、Ｊ分别为贯入阻力、??软黏土强度、桩径）。Ｍａｒｔｉｎ?和?Ｒａｎｄｏｌｐｈ?（２００６）对?Ｒａｎｄｏｌｐｈ?和?Ｈｏｕｌｓｂｙ?（１９８４）??分析完全光滑情况上限速度场假定的缺陷进行了修正，得出完全光滑Ｔ－ｂａｒ贯入阻??力上下限解析解相差仅为９％左右Ｄ?Ｅｉｎａｖ和Ｒａｎｄｏｌｐｈ?（２００５）将软黏土假定为符??合Ｔｒｅｓｃａ屈服准则的材料，利用结合土体应变路径的极限分析上限法，分析了应??变软化和剪应变速率对Ｔ－ｂａｒ贯入阻力的影响，并给出了相应Ｔ－ｂａｒ贯入仪阻力系??数取值。??°?Ｖ，?Ｔ??（ａ）?（ｂ）??图１．５刚性桩水平受荷极限分析（Ｒａｎｄｏｌｐｈ和Ｈｏｕｌｓｂｙ，?１９８４）：?（ａ）应力场；（ｂ）速度场??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZJU400离心机研制及其振动台性能评价[J]. 陈云敏,韩超,凌道盛,孔令刚,周燕国. 岩土工程学报. 2011(12)
[2]单向荷载作用下海上风机多桶基础承载特性数值分析[J]. 刘树杰,王忠涛,栾茂田. 海洋工程. 2010(01)
[3]吸力式桶形基础多桶组合结构承载力特性研究[J]. 武科,薛洪福,陈榕,李术才. 防灾减灾工程学报. 2008(04)
[4]桶形基础发展概况[J]. 施晓春,徐日庆,龚晓南,陈国祥,袁中立. 土木工程学报. 2000(04)
硕士论文
[1]近海风机导管架基础水平受荷特性研究[D]. 李涛.浙江大学 2015
[2]近海风机吸力式桶形基础基于变形控制的复合承载力研究[D]. 张文龙.浙江大学 2013
[3]典型南海软粘土的渗透特性研究[D]. 杨浩明.武汉理工大学 2012
[4]浅海重力式平台负压箱桶形基础的地基稳定性研究[D]. 贾延财.中国海洋大学 2010
本文编号：3122196
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２常见海上油气平台型式（工学网资料）??．，
有研究（秦力，２０１４）。??我国首座吸力式桶形基础海洋平台于１９９９年在胜利油田ＣＢ２０Ｂ井安装成功，??该平台设计工作水深８．９?ｍ，基础部分由４个高４．４?ｍ，直径４?ｍ的桶组成。该平台??建设成功标志着我们国家桶形基础平台在浅海进入试用阶段（贾延财，２０１０）。灾??害性海浪、风暴潮等极端复杂荷载作用对海上风机、油气平台等构筑物服役安全性??威胁极大。Ｈｏｕｌｓｂｙ等人（２００５）指出，对于四腿桶形基础，在极端复杂荷载作用??下荷载主要通过相对的腿下基础的“推拉”运动来承受（图１．３?（ａ））。对于单个腿??下的桶形基础而言，其抗拔承载力研究是最重要的。图１．３?（ｂ）和（ｃ）为典型的??张力腿平台（ＴＬＰ）承受上拔荷载及破坏图。我国海洋地基土中海相软黏土地基分??布广，如珠江三角洲、长江三角洲等入海口地区分布大面积淤积软黏土；随着城镇??化推进，滨海区和近海区吹填土填海造陆形成软黏土地基；河流流入海底沉积形成??的海底软黏土，且厚度较大，一般在５－２０ｍ?（杨浩明，２０１２）。因此，研究吸力式??桶形基础在软黏土地基中上拔承载特性，对我国多腿海上风机、油气平台等海上构??筑物发展应用具有重要意义。??－Ｉ??々：＿＿丨華??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图１．３海上吸力式桶形基础竖向受荷及破坏：（ａ）风机基础受荷；（ｂ）张力腿平台基础承受上??拔荷载；（ｃ）群桶基础拔出破坏（Ｄｙｖｉｋ等，１９９３）??桶形基础在荷载作用下与地基土之间发生相对位移或地基土发生整体破坏，地??基土破坏类型主要为剪切破坏。软黏土不排水剪切强度是评估软黏土中桶形基础承??３??
浙江大学博士学位论文???［ｄ?Ｓｏｉｆｌｏｗ??Ｌｏａ４ｃ＜０?Ａ??＼?！?ｆ＇??ｒｆ?？??Ｔ細?Ａ??ｄ＆ｍｅｔａ：５ｍｍ??ｋｎｆｔｆａ?：２０ｉｎａ??Ｓｅｃｔｉｏｔ?Ａ??图１．４Ｔ－ｂａｒ全流贯入仪示意图（Ｗａｔｓｏｎ和Ｓｕｅｍａｓａ，２０００）??１．２?Ｔ－ｂａｒ贯入仪贯入阻力模型研究现状??软黏土中Ｔ－ｂａｒ贯入仪贯入阻力解析解最初是根据Ｒａｎｄｏｌｐｈ和Ｈｏｕｌｓｂｙ?（１９８４）??塑性理论解析解得出的。Ｒａｎｄｏｌｐｈ和Ｈｏｕｌｓｂｙ?（１９８４）将刚性桩（类似于Ｔ－ｂａｒ探??头）筒化为二维极限分析问题，将软黏土假定为理想刚塑性材料，并通过合理假设??１／４桩周地基土应力场和速度场（见图１．５），得到了不同接触粗糙度桩土相互作用??力。根据解析解建议中等粗糙度刚性桩阻力１０．５?（凡ｃ、Ｊ分别为贯入阻力、??软黏土强度、桩径）。Ｍａｒｔｉｎ?和?Ｒａｎｄｏｌｐｈ?（２００６）对?Ｒａｎｄｏｌｐｈ?和?Ｈｏｕｌｓｂｙ?（１９８４）??分析完全光滑情况上限速度场假定的缺陷进行了修正，得出完全光滑Ｔ－ｂａｒ贯入阻??力上下限解析解相差仅为９％左右Ｄ?Ｅｉｎａｖ和Ｒａｎｄｏｌｐｈ?（２００５）将软黏土假定为符??合Ｔｒｅｓｃａ屈服准则的材料，利用结合土体应变路径的极限分析上限法，分析了应??变软化和剪应变速率对Ｔ－ｂａｒ贯入阻力的影响，并给出了相应Ｔ－ｂａｒ贯入仪阻力系??数取值。??°?Ｖ，?Ｔ??（ａ）?（ｂ）??图１．５刚性桩水平受荷极限分析（Ｒａｎｄｏｌｐｈ和Ｈｏｕｌｓｂｙ，?１９８４）：?（ａ）应力场；（ｂ）速度场??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]ZJU400离心机研制及其振动台性能评价[J]. 陈云敏,韩超,凌道盛,孔令刚,周燕国. 岩土工程学报. 2011(12)
[2]单向荷载作用下海上风机多桶基础承载特性数值分析[J]. 刘树杰,王忠涛,栾茂田. 海洋工程. 2010(01)
[3]吸力式桶形基础多桶组合结构承载力特性研究[J]. 武科,薛洪福,陈榕,李术才. 防灾减灾工程学报. 2008(04)
[4]桶形基础发展概况[J]. 施晓春,徐日庆,龚晓南,陈国祥,袁中立. 土木工程学报. 2000(04)
硕士论文
[1]近海风机导管架基础水平受荷特性研究[D]. 李涛.浙江大学 2015
[2]近海风机吸力式桶形基础基于变形控制的复合承载力研究[D]. 张文龙.浙江大学 2013
[3]典型南海软粘土的渗透特性研究[D]. 杨浩明.武汉理工大学 2012
[4]浅海重力式平台负压箱桶形基础的地基稳定性研究[D]. 贾延财.中国海洋大学 2010
本文编号：3122196
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