【摘要】： 為了更加經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)海洋油氣資源,張力腿平臺(TLP)、立柱式平臺(SPAR)、船形浮式系統(tǒng)(FPSO)、順應(yīng)式平臺(CT)和半潛式平臺(FPS)等新型海洋平臺結(jié)構(gòu)在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。這些平臺結(jié)構(gòu)型式一般都是通過錨鏈與埋置在海床土體中的基礎(chǔ)進(jìn)行連接,因此隨著這些新型海洋平臺的應(yīng)用,大型浮式結(jié)構(gòu)在深海海底的錨泊問題對巖土工程界提出了新的挑戰(zhàn)。深海海域環(huán)境十分惡劣,浮式結(jié)構(gòu)錨泊基礎(chǔ)形式的選擇必須綜合考慮上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造、海床土質(zhì)條件、復(fù)雜荷載組合、施工的可行性與經(jīng)濟(jì)性等多方面的因素。基于這些因素,在過去的10多年里,“吸力式沉箱基礎(chǔ)”fsuction caissonfoundation)作為一種新的浮式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式受到全球海洋石油界的廣泛關(guān)注,受到了眾多石油公司的高度重視。本文圍繞傾斜荷載作用下軟土地基上吸力式沉箱基礎(chǔ)的失穩(wěn)模式及沉箱基礎(chǔ)穩(wěn)定性等方面進(jìn)行了較系統(tǒng)而深入的探索研究。論文的主要研究工作包括下列方面: (1)通過對室內(nèi)模型試驗(yàn)現(xiàn)象定性觀察,得出沉箱基礎(chǔ)周圍土體的破壞模式與ABAQUS數(shù)值模擬土體破壞模式比較一致。沉箱基礎(chǔ)破壞模式由沉箱底部旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)破壞和桶壁局部剪切破壞組成即沉箱桶后界面與主動側(cè)土體之間形成裂縫,桶前土體被擠壓隆起形成被動側(cè)破壞楔體,桶底部形成了以桶體中軸線上某點(diǎn)為中心點(diǎn)的圓弧形旋轉(zhuǎn)破壞面。對于長徑比相同的吸力式沉箱,當(dāng)荷載傾斜角度ψ(與水平方向夾角)增大,沉箱基礎(chǔ)桶壁部位水平阻力逐漸減小,桶體與土體之間的摩擦阻力逐漸增大,沉箱基礎(chǔ)底部球形旋轉(zhuǎn)破壞面的中心點(diǎn)逐漸偏離中軸線。沉箱破壞模式由沉箱底部旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)破壞逐漸變?yōu)橥氨诰植考羟衅茐�。�?dāng)ψ=30°時兩種破壞模式表現(xiàn)明顯。 (2)ABAQUS有限元模擬計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行對比,對于不同長徑比的沉箱基礎(chǔ),其承載力的試驗(yàn)極限值與ABAQUS極限值誤差最小為1.8%,最大為55.5%,承載力的試驗(yàn)極限值與ABAQUS剪切值(即有限元模擬的荷載—位移曲線屈服階段切線值)誤差最小為1.05%,最大為29.6%。上述結(jié)論驗(yàn)證了本文建議的計(jì)算吸力式沉箱基礎(chǔ)地基承載特性的有限元模型及有限元計(jì)算結(jié)果的合理性。 (3)利用ABAQUS軟件對實(shí)際工程中的吸力式沉箱抗拔承載力進(jìn)行模擬分析,主要考察無吸力情況下傾斜荷載作用下吸力式沉箱的抗拔性能,探討荷載傾斜角度ψ對沉箱基礎(chǔ)極限承載力的影響。當(dāng)荷載傾斜角度ψ=90°時,沉箱基礎(chǔ)極限承載力相對很大。當(dāng)荷載傾斜角度ψ=0°時,沉箱基礎(chǔ)極限承載力相對很小。研究表明吸力式沉箱基礎(chǔ)在豎直上拔荷載單獨(dú)作用下的極限承載力最大,而隨著荷載方向逐漸偏向豎直方向,吸力式沉箱基礎(chǔ)的極限承載力逐漸減小,當(dāng)水平荷載單獨(dú)作用下時吸力式沉箱基礎(chǔ)的極限承載力最小。本文得出不同長徑比情況下沉箱基礎(chǔ)豎直-水平承載力的歸一化承載力破壞包絡(luò)面。吸力式沉箱基礎(chǔ)的豎直-水平承載力的相互影響關(guān)系曲線近似為橢圓,L/D=1.0荷載傾斜角度為15°～45°時豎直-水平承載力的相互影響效果明顯;L/D=2.0荷載傾斜角度為15°～60°時豎直-水平承載力的相互影響效果明顯;L/D=3.0荷載傾斜角度為15°～60°時豎直-水平承載力的相互影響效果明顯。探討長徑比對吸力式沉箱基礎(chǔ)承載力的影響。荷載傾斜角度ψ=15°時,不同長徑比情況下水平荷載分量歸一化參數(shù)N_h和垂直上拔荷載分量歸一化參數(shù)N_v基本相同。荷載傾斜角度為30°～75°時,不同長徑比情況下垂直上拔荷載分量歸一化參數(shù)N_v大于水平荷載分量歸一化參數(shù)N_h。
【圖文】：

的浮式平臺包括張力腿平臺 (TLP)、立柱式平臺(SPAR)、船形浮式系統(tǒng) (FPSO)、半潛式生產(chǎn)系統(tǒng) (FPS)和順應(yīng)式平臺(CT)〔‘]。其中張力腿平臺為目前應(yīng)用最廣泛的深海石油平臺形式。各種海洋平臺系統(tǒng)如圖1.1[’]所示。目前的張力腿平臺基礎(chǔ)主要分為吸力沉箱基礎(chǔ) (suctioncaissonfoundation)(又稱為吸力錨、吸力樁、負(fù)壓錨或桶形基礎(chǔ))和樁基礎(chǔ)。隨著水深的增加樁基礎(chǔ)的施工難度和造價都大大增加。挪威土工研究所困GI)于1992年在北海成功地建造了以吸力式沉箱為錨固基礎(chǔ)的Snorre張力腿平臺，，這種新型基礎(chǔ)非常適合于海洋浮式平臺

傾斜荷載作用下吸力式沉箱抗拔性能試驗(yàn)研究吸力式沉箱基礎(chǔ)如圖1.2所示，是一種底端敞開、上端封閉的鋼質(zhì)圓桶結(jié)構(gòu)，并且在桶頂有連接泵系統(tǒng)的出水孔。沉箱基礎(chǔ)與普通樁基礎(chǔ)最主要的區(qū)別在于它利用負(fù)壓下沉，而不是依靠類似打樁等手段將樁打入海底地層。吸力式沉箱基礎(chǔ)在安裝時，首先靠自重和上部結(jié)構(gòu)的重量，插入海底一定深度，形成有效密封后，再通過泵抽出桶中的空氣和水形成負(fù)壓，利用桶內(nèi)外的壓力差把基礎(chǔ)驅(qū)入海底地層中的設(shè)計(jì)深度。當(dāng)平臺需要移動時，可再充氣把基礎(chǔ)從地層中拔出。由于采用沉箱基礎(chǔ)，可以節(jié)省鋼的用量。同時，施工過程中，采用負(fù)壓下沉，可加快施工速度，節(jié)省施工時間，從而節(jié)省海洋平臺的施工安裝費(fèi)用;由于沉箱基礎(chǔ)的插入深度較淺，因此在實(shí)際施工沉箱基礎(chǔ)前，只需對淺部土體進(jìn)行勘察研究[21。沉箱基礎(chǔ)的施工時間短
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：P75;TU473

【引證文獻(xiàn)】

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2 黎冰;鄭翔;高玉峰;邱月;沙成明;;砂土中吸力式沉箱基礎(chǔ)抗拔承載特性試驗(yàn)研究[J];巖土工程學(xué)報;2013年05期

3 鄭翔;黎冰;邱月;;吸力式沉箱基礎(chǔ)抗拔破壞標(biāo)準(zhǔn)研究與分析[J];中國海洋平臺;2013年03期

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2 山傳龍;強(qiáng)度沿深度增加土層中張緊式吸力錨承載力研究[D];天津大學(xué);2012年

本文編號：2634189