【摘要】：自升式鉆井平臺被廣泛用于海上鉆井作業(yè)和油氣開采,通常由一個三角形平臺組成,該平臺由三至四個獨立的圓柱型樁腿支撐,樁腿底部帶有稱為“樁靴”的獨立基礎(chǔ)。在樁靴快速貫入土體的過程中其周圍土體內(nèi)產(chǎn)生大量的超孔壓,當(dāng)樁靴停止貫入后,因超孔壓的逐步消散,土體會產(chǎn)生排水固結(jié),這會引起部分土體的強(qiáng)度得到提升,并提高對應(yīng)深度處的樁靴承載力。同時,土體的排水固結(jié)也會引起樁靴產(chǎn)生沉降,當(dāng)同一時間平臺不同樁靴的沉降相差較大時,可能會對平臺穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此,對超孔隙水壓力展開研究對于了解樁靴短期和長期的力學(xué)行為都有重要意義,對固結(jié)階段的樁靴沉降發(fā)展規(guī)律進(jìn)行分析有助于根據(jù)已有資料對未來沉降發(fā)展情況作出有效預(yù)測。為彌補(bǔ)相關(guān)領(lǐng)域的空白,本文利用有限元方法對軟土中樁靴的貫入和固結(jié)過程進(jìn)行了模擬,得到了以下結(jié)論:通過與離心機(jī)試驗結(jié)果進(jìn)行對比,驗證基于有效應(yīng)力的耦合歐拉-拉格朗日方法(CEL)模擬樁靴貫入軟土過程的正確性。結(jié)果表明:數(shù)值模擬中使用的修正劍橋模型能較好的模擬試驗中使用的正常固結(jié)高嶺土的強(qiáng)度分布情況;數(shù)值模擬中的插樁阻力與試驗結(jié)果相比吻合較好,但稍高一些,這可能是因為數(shù)值模擬中的土體強(qiáng)度稍高于試驗,同時土體本構(gòu)模型未考慮貫入過程中樁靴周圍土體的應(yīng)變軟化和重塑效應(yīng);對于貫入過程中樁靴底部和土體內(nèi)部的孔隙水壓力變化情況,數(shù)值模擬能夠合理預(yù)測其發(fā)展趨勢及數(shù)值大小。對于貫入過程中土體內(nèi)超孔壓的分布情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):樁靴下方土體內(nèi)有球形超孔壓集中區(qū),且球形壓力區(qū)的尺寸及內(nèi)部超孔壓的大小分布情況與樁靴的貫入深度和土體性質(zhì)密切相關(guān)。使用數(shù)值模擬方法對超孔壓分布情況展開參數(shù)研究,基于研究結(jié)果提出了一種簡單實用的方法用于預(yù)測樁靴貫入過程中其周圍土體內(nèi)的孔壓場分布情況,附有必要的圖表以便工程人員使用�；谝环N兩階段歐拉-拉格朗日有限元分析法,對軟土中樁靴“貫入-固結(jié)”的過程進(jìn)行了模擬,并通過與離心機(jī)試驗結(jié)果進(jìn)行對比來驗證方法的有效性。結(jié)果表明:數(shù)值模擬能較好得預(yù)測固結(jié)階段的樁靴沉降和土體內(nèi)超孔壓的消散過程。為研究固結(jié)階段樁靴沉降的發(fā)展規(guī)律,基于數(shù)值模擬和試驗結(jié)果對3種已有的沉降預(yù)測方法進(jìn)行比較。結(jié)果表明:三點法受時間間隔影響較大,需要較大的時間間隔才能保證預(yù)測準(zhǔn)確度,且會低估最終沉降;Asaoka方法受時間間隔影響小,但也會低估最終沉降;雙曲線方法能較好得預(yù)測試驗和模擬中樁靴的沉降。使用數(shù)值模擬方法進(jìn)行參數(shù)研究后發(fā)現(xiàn),不同參數(shù)條件下固結(jié)階段樁靴的沉降隨時間的變化規(guī)律都能用雙曲線公式較好地表示。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU473.1
【圖文】：

1 緒 論1 緒 論背景及研究意義天然氣在目前的能源供給中占有很高的地位，也與世界經(jīng)著社會的高速發(fā)展，各個國家對于石油和天然氣的需求不也從單一的陸上油田逐漸擴(kuò)展至海洋，目前我國已經(jīng)部署開采海洋中的油氣資源[1, 2],其中使用最多的鉆井平臺是移

(b)圖 1.2 已升高至指定位置的自升式鉆井平臺igure 1.2 Mobile jack-up rig in elevated positio已經(jīng)廣泛用于水深在 120m 內(nèi)油氣田的環(huán)境中進(jìn)行油氣鉆探活動，鉆井平臺一式鉆井平臺通常由一個浮于水面之上立的桁架式或圓柱型樁腿支撐，每個[4]。這種類型的基礎(chǔ)通常是圓形或多邊形有在底部中心處有凸出尖端，便于定位.3 所示。

圖 1.3 幾種常見的樁靴示意圖[6]Figure 1.3 Examples of typical spudcan footings[6]自升式鉆井平臺的常規(guī)作業(yè)過程見圖 1.4 和 1.5。鉆井平臺首先被拖航到指點的海面，拖航過程中樁腿保持為升高狀態(tài)，且高于海面。到達(dá)后就會開始樁腿，安裝過程共分為三個階段：① 放樁階段鉆井平臺被拖航至指定地點的海面上后保持靜止，通過升降設(shè)備將樁腿下海中。在樁腿與海底泥面接觸后，繼續(xù)貫入樁腿，直至土體提供的承載力等入水面中的平臺及樁腿的自重（對應(yīng)圖 1.5 中的 A1點），放樁階段結(jié)束。② 插樁階段在此階段將繼續(xù)貫入樁腿，與此同時通過升降設(shè)備將平臺升離海面。隨著不斷升高，浮力將逐漸減小，此前由浮力平衡的平臺系統(tǒng)自重及其他荷載將傳遞至樁靴，因此樁靴將被貫入至更深的位置。最終平臺完全升離海面，一

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 許靖;白銳利;馬小平;;自升式鉆井平臺樁靴結(jié)構(gòu)分析[J];船舶工程;2012年03期

2 汪張?zhí)?趙建亭;;我國自升式鉆井平臺的發(fā)展與前景[J];中國海洋平臺;2008年04期

3 李國維,楊濤,宋江波;公路軟基沉降雙曲線預(yù)測法的進(jìn)一步探討[J];公路交通科技;2003年01期

本文編號：2804221