考虑粘土空间变异性的桩靴基础承载力失效包络面研究

发布时间：2017-10-15 06:15

  本文关键词：考虑粘土空间变异性的桩靴基础承载力失效包络面研究

  更多相关文章： 桩靴基础 粘土 空间变异性 承载力失效包络面 失效概率 随机有限元分析

【摘要】：研究钻井平台桩靴基础的承载力和失效机理等性能是设计高效、安全和适用的钻井平台的重要前提和保证。但海底土层分布复杂,海洋钻井平台同时需承受风暴、海浪、自重等多元随机荷载的作用,所以研究复杂海床中钻井平台基础在多元随机荷载作用下的承载力和失效机理是保证其安全性的重要内容。而通过现场试验和离心机试验进行此课题的研究非常困难,所以本文拟发展随机有限元方法研究复杂海床中多元荷载作用下钻井平台桩靴基础的稳定性等问题。本文将基于空间随机场理论、蒙特卡洛模拟与有限元法相结合的随机有限元法,研究粘土空间变异性和多向组合荷载作用对承载力失效包络面、失效机理、失效概率、安全系数和激发抗剪强度等的影响。基于ABAQUS非线性有限元程序建立了桩靴及地基土有限元模型,将有限元中承载力结果与文献中数值模拟、理论研究及离心机试验结果进行了对比验证,将粘土不排水抗剪强度随机场映射到有限元模型,通过随机有限元分析获得了桩靴竖向、水平向和弯矩向承载力系数随位移变化曲线,将其与正常固结均质土中承载力进行对比,分析了空间变异性粘土中桩靴周围地基土位移矢量图和等效塑性应变云图与正常固结均质土结果的差异,并且研究了粘土变异性对其失效机理的影响。利用固定位移比加载法获得400个桩靴承载力失效包络面,根据它们排序后获得的概率失效包络面进行拟合,建立了空间变异性粘土中桩靴在多向荷载作用下的承载力包络面模型。基于虚功原理提出了激发抗剪强度的公式,研究了粘土抗剪强度变异系数对桩靴承载力的影响。结果显示,随着粘土抗剪强度变异系数不断增大,将导致激发抗剪强度均值的减小和激发抗剪强度变异系数的增大,激发抗剪强度的变化进而又造成承载力均值的减小和承载力变异系数的增大。基于桩靴承载力的累积概率分布计算其失效概率与安全系数指标。对比了目前规范中安全系数规定的差异,并且发现设计采用规范中单一安全系数的可靠度差异较大,甚至可能不满足目标失效概率的要求。
【关键词】：桩靴基础 粘土 空间变异性 承载力失效包络面 失效概率 随机有限元分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE951
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题来源及研究目的与意义9-12
• 1.1.1 课题来源9-10
• 1.1.2 研究目的与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状及分析12-17
• 1.2.1 钻井平台与事故原因分析12-13
• 1.2.2 桩靴基础承载力研究13-15
• 1.2.3 桩靴基础失效机理研究15
• 1.2.4 粘土变异性对基础承载力影响研究15-16
• 1.2.5 国内外文献综述简析16-17
• 1.3 本文主要研究内容17
• 1.4 本文主要创新点17-19
• 第2章 桩靴基础与地基土随机有限元模型19-37
• 2.1 引言19
• 2.2 三维随机场理论19-23
• 2.3 随机有限元模型23-31
• 2.3.1 正常固结均质土的材料特性23-24
• 2.3.2 空间变异性粘土的材料特性24-25
• 2.3.3 随机有限元方法25-29
• 2.3.4 有限元模型29-31
• 2.4 正常固结均质土中失效机理及承载力31-34
• 2.4.1 桩靴基础失效机理31-33
• 2.4.2 桩靴基础承载力系数33-34
• 2.5 有限元分析结果验证34-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 桩靴失效机理及承载力失效包络面37-57
• 3.1 引言37
• 3.2 桩靴失效机理37-41
• 3.2.1 桩靴周围地基土位移矢量图37-39
• 3.2.2 等效塑性应变云图39-41
• 3.3 空间变异性粘土中桩靴承载力41-45
• 3.4 承载力失效包络面45-55
• 3.4.1 承载力失效包络面的数值方法45-51
• 3.4.2 承载力包络面的置信度及其概率模型51-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第4章 粘土变异性对承载力的影响57-75
• 4.1 引言57
• 4.2 不排水抗剪强度的变异系数的选取57
• 4.3 承载力及失效概率57-65
• 4.3.1 抗剪强度变异系数对承载力影响57-59
• 4.3.2 失效概率及安全系数59-64
• 4.3.3 对比规范中安全系数64-65
• 4.4 激发抗剪强度65-72
• 4.4.1 激发抗剪强度简介65-66
• 4.4.2 基于虚功原理的激发抗剪强度66-69
• 4.4.3 激发抗剪强度的概率密度分布69-70
• 4.4.4 分位值法70-72
• 4.5 激发的土体体积72-73
• 4.6 本章小结73-75
• 结论75-77
• 参考文献77-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文82-84
• 致谢84

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郭培军;陈艳;蒋玉荣;周国辉;;桩靴入泥深度预估[J];中国海洋平台;2012年06期

2 唐文献;秦文龙;张建;唐振新;钱浩;曹俊;;自升式平台桩靴结构优化设计[J];中国造船;2013年03期

3 张浦阳;丁红岩;;海上自升式钻井平台桩靴穿刺现象的数值分析[J];中国石油大学学报(自然科学版);2011年02期

4 胡安康;郭宇;;400ft水深自升式平台桩靴强度分析与优化设计[J];船舶工程;2012年06期

5 张浦阳;于晓洋;丁红岩;;海上自升式钻井平台插桩阶段桩靴承载力计算[J];石油勘探与开发;2011年05期

6 黎剑波;;自升式钻井平台桩靴裂纹分析、处理及修复研究[J];中国修船;2012年05期

7 司江舸;;自升式海洋平台桩靴进水监测报警系统研制[J];船电技术;2011年09期

8 赵景芳;;自升式平台桩靴滑移实时监测技术研究——以罗布雷300型平台为例[J];中国海上油气;2014年01期

9 任宪刚;李春第;杨红敏;;海洋自升式钻井平台桩靴研究[J];石油矿场机械;2009年12期

10 段忠毅,要明伦,王家祥,金元刚;带桩靴自升式桩基钻井平台插桩深度的计算方法[J];中国海上油气.工程;1998年04期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 吴永韧;鲁晓兵;;桩靴贯入对固定平台基础扰动的数值模拟[A];第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集（上册）[C];2009年

2 赵军;张爱霞;段梦兰;王飞;;自升式钻井平台方形桩靴地基极限承载力理论解[A];第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年

3 吴永韧;王淑云;鲁晓兵;;桩靴压入对固定平台基础扰动的数值模拟[A];第三届全国岩土与工程学术大会论文集[C];2009年

4 畅元江;陈国明;蒙占斌;樊敦秋;;海洋自升式钻井平台桩靴强度计算分析[A];中国钢结构协会海洋钢结构分会2010年学术会议暨第六届理事会第三次会议论文集[C];2010年

5 吴永韧;鲁晓兵;陈海锋;;Spud-can基础贯入对固定平台基础影响[A];第十三届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张浦阳;海上自升式钻井平台插/拔桩机理及新型桩靴静/动承载力研究[D];天津大学;2009年

2 王楠;黄河废弃水下三角洲土体破坏机制及桩靴承载能力研究[D];中国海洋大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李力;考虑粘土空间变异性的桩靴基础承载力失效包络面研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

2 雍军;自升式钻井平台桩靴贯入拔出承载机理研究[D];中国石油大学;2010年

3 周慧;上砂下黏双层地基纺锤形桩靴基础的穿透破坏机理研究[D];大连理工大学;2011年

4 吴兴州;自升式钻井平台桩靴在多层粘土中的穿刺机理分析[D];天津大学;2014年

5 孙雅楠;自升式海洋平台桩靴强度分析[D];大连理工大学;2013年

6 刘义;扇翼形桩靴基础承载力与沉降特性研究[D];大连理工大学;2013年

7 彭泽军;宁波跨海大桥施工承台桩靴研究[D];武汉理工大学;2003年

8 李\，

本文编号：1035534