桩靴基础在极地海洋冻土层中极限承载力热-力顺序耦合分析
发布时间：2020-12-06 17:16
北极地区蕴含了大量的油气资源,其总储量大约占世界上未开发油气资源的22%,这些资源中的大部分都位于深度500米以内的近海区域。但北极海域海底存在冰川时期残留下来需要大量时间才会逐渐融化的的永久冻土层。而自升式海洋钻井平台作业时将其桩基础贯入到海底土层中,桩基础与海底冻土会发生热传导使冻土融化。冻土融化后强度降低,从而导致桩基础的承载能力降低,对自升式海洋平台的稳定性产生重大威胁。因此,对自升式平台桩基础在极地近海海底冻土层中的极限承载力特性的研究是海洋工程科学的重要内容,但目前国际上尚未见到对该问题的研究。本文以平底桩靴、裙式桩靴、圆柱形桩基础为基本研究对象,基于Abaqus/Standard中的纯粹热传导以及隐式小变形有限元方法,通过建立桩靴与冻土的热-力顺序耦合有限元模型来模拟桩靴在海洋冻土中热传导过程,探究竖向极限承载力变化规律,分析冻土融化后强度折减系数对极限承载力的影响。本文第一部分模拟了平底桩靴、裙式桩靴、圆柱形桩基础在海洋冻土中的热传导过程。计算了三种桩靴基础在不同埋深率（H/D）下的温度场,并分析了三种桩靴对冻土的传热性能及其形状对温度场的影响。平底桩靴对土体温度的影响...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 北极海洋油气资源与北极海底冻土层
1.2 自升式海洋钻井平台简介
1.3 冻土融化后强度变化的国内外研究现状
1.4 桩靴基础承载力的国内外研究现状
1.5 论文的研究目的和主要研究工作
2 理论方法简介
2.1 隐式小变形有限元方法
2.2 热传导概述
2.2.1 热学基础
2.2.2 瞬态热传导
2.3 热传导分析的有限元方法
3 桩-冻土温度场
3.1 引言
3.2 潜热效应的模拟
3.3 热传导有限元方法的验证
3.4 平底桩靴的温度场
3.4.1 有限元计算模型
3.4.2 网格依赖性分析
3.4.3 平底桩靴温度场计算结果
3.5 裙式桩靴的温度场
3.5.1 有限元计算模型
3.5.2 裙式桩靴温度场计算结果
3.6 圆柱形桩基础温度场
3.6.1 有限元计算模型
3.6.2 圆柱形基础温度场计算结果
3.7 结论
4 三种桩靴基础的竖向极限承载力
4.1 引言
4.2 小应变有限元方法可靠性验证
4.3 平底桩靴竖向极限承载力
4.3.1 有限元计算模型
4.3.2 土体强度折减程度及流动机制
4.3.3 su,T/su0=0.5 竖向极限承载力计算结果
4.3.4 su,T/su0=0.1 竖向极限承载力计算结果
4.4 裙式桩靴竖向极限承载力
4.4.1 有限元计算模型
4.4.2 土体强度折减程度及流动机制
4.4.3 竖向极限承载力计算结果
4.5 圆柱形桩基础竖向极限承载力
4.5.1 有限元计算模型
4.5.2 土体强度折减程度及流动机制
4.5.3 竖向极限承载力计算结果
4.6 结论
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
附录 A 论文中符号的意义和单位
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球待发现油气资源分布及启示[J]. 余本善,孙乃达. 中国矿业. 2015(S1)
[2]冻土桩抗压承载力特性的有限元模拟与分析[J]. 孙文彬. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2014(06)
[3]有限元法在桩靴承载力计算中的应用[J]. 王楠,朱龙海,姜胜辉,胡日军,徐永臣. 海岸工程. 2014(03)
[4]北极地区油气资源及勘探潜力分析[J]. 李浩武,童晓光. 中国石油勘探. 2010(03)
[5]多年冻土区桩基温度场研究[J]. 熊炜,刘明贵,张启衡,王志铭. 岩土力学. 2009(06)
[6]寒区桩基础的多场耦合分析模型及其应用[J]. 吴亚平,朱元林,郭春香,苏强,马巍. 中国科学(D辑:地球科学). 2005(04)
[7]陶瓷/金属梯度材料瞬态传热的有限差分分析[J]. 朱宗柏,曾宪友,肖金生. 武汉理工大学学报. 2001(06)
[8]冻土的蠕变及蠕变强度[J]. 马巍,吴紫汪,盛煜. 冰川冻土. 1994(02)
[9]加拿大北极西部近海岸多年冻土热状况的数学模拟[J]. 王保来. 冰川冻土. 1992(03)
[10]冻结粉砂在常变形速度下的单轴抗压强度[J]. 朱元林. 冰川冻土. 1986(04)
博士论文
[1]自升式钻井平台风险评估方法研究[D]. 林一.哈尔滨工程大学 2013
[2]自升式钻井平台方案设计技术研究[D]. 王运龙.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]北半球末次冰盛期多年冻土分布特征[D]. 万旭东.兰州大学 2015
本文编号：2901746
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 北极海洋油气资源与北极海底冻土层
1.2 自升式海洋钻井平台简介
1.3 冻土融化后强度变化的国内外研究现状
1.4 桩靴基础承载力的国内外研究现状
1.5 论文的研究目的和主要研究工作
2 理论方法简介
2.1 隐式小变形有限元方法
2.2 热传导概述
2.2.1 热学基础
2.2.2 瞬态热传导
2.3 热传导分析的有限元方法
3 桩-冻土温度场
3.1 引言
3.2 潜热效应的模拟
3.3 热传导有限元方法的验证
3.4 平底桩靴的温度场
3.4.1 有限元计算模型
3.4.2 网格依赖性分析
3.4.3 平底桩靴温度场计算结果
3.5 裙式桩靴的温度场
3.5.1 有限元计算模型
3.5.2 裙式桩靴温度场计算结果
3.6 圆柱形桩基础温度场
3.6.1 有限元计算模型
3.6.2 圆柱形基础温度场计算结果
3.7 结论
4 三种桩靴基础的竖向极限承载力
4.1 引言
4.2 小应变有限元方法可靠性验证
4.3 平底桩靴竖向极限承载力
4.3.1 有限元计算模型
4.3.2 土体强度折减程度及流动机制
4.3.3 su,T/su0=0.5 竖向极限承载力计算结果
4.3.4 su,T/su0=0.1 竖向极限承载力计算结果
4.4 裙式桩靴竖向极限承载力
4.4.1 有限元计算模型
4.4.2 土体强度折减程度及流动机制
4.4.3 竖向极限承载力计算结果
4.5 圆柱形桩基础竖向极限承载力
4.5.1 有限元计算模型
4.5.2 土体强度折减程度及流动机制
4.5.3 竖向极限承载力计算结果
4.6 结论
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
附录 A 论文中符号的意义和单位
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球待发现油气资源分布及启示[J]. 余本善,孙乃达. 中国矿业. 2015(S1)
[2]冻土桩抗压承载力特性的有限元模拟与分析[J]. 孙文彬. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2014(06)
[3]有限元法在桩靴承载力计算中的应用[J]. 王楠,朱龙海,姜胜辉,胡日军,徐永臣. 海岸工程. 2014(03)
[4]北极地区油气资源及勘探潜力分析[J]. 李浩武,童晓光. 中国石油勘探. 2010(03)
[5]多年冻土区桩基温度场研究[J]. 熊炜,刘明贵,张启衡,王志铭. 岩土力学. 2009(06)
[6]寒区桩基础的多场耦合分析模型及其应用[J]. 吴亚平,朱元林,郭春香,苏强,马巍. 中国科学(D辑:地球科学). 2005(04)
[7]陶瓷/金属梯度材料瞬态传热的有限差分分析[J]. 朱宗柏,曾宪友,肖金生. 武汉理工大学学报. 2001(06)
[8]冻土的蠕变及蠕变强度[J]. 马巍,吴紫汪,盛煜. 冰川冻土. 1994(02)
[9]加拿大北极西部近海岸多年冻土热状况的数学模拟[J]. 王保来. 冰川冻土. 1992(03)
[10]冻结粉砂在常变形速度下的单轴抗压强度[J]. 朱元林. 冰川冻土. 1986(04)
博士论文
[1]自升式钻井平台风险评估方法研究[D]. 林一.哈尔滨工程大学 2013
[2]自升式钻井平台方案设计技术研究[D]. 王运龙.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]北半球末次冰盛期多年冻土分布特征[D]. 万旭东.兰州大学 2015
本文编号：2901746
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