本文選題：自升式鉆井平臺　切入點：樁靴　出處：《中國海洋大學》2013年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：勝利油田埕北淺海石油開發(fā)區(qū)地處黃河口廢棄水下三角洲灘海交界地帶，該地區(qū)的水深和地質條件特別適合自升式平臺作業(yè)。鉆井平臺樁靴貫入分析主要是研究地基土極限承載力是否滿足樁腿最大預期荷載的問題。影響樁靴貫入的關鍵因素是土層的工程地質條件。 研究區(qū)的淺地層工程地質條件、動力地貌特征、特別是黃河尾閭擺動后引起的岸線變化和泥沙運移規(guī)律十分復雜，地基土常由多層軟硬不均的土體交疊構成。通過分析埕北海區(qū)近3年30余個井場的調查資料，把研究區(qū)分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)。 根據研究區(qū)近三年平臺就位資料，對淺部地層內有強度較大的粉土、粉質粘土層等地層類型的區(qū)域（如Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)），采用承載力理論預測插樁深度時總體來說偏保守，實際插樁深度常遠小于理論預測深度。當淺部地層內為厚粘土等地層類型的區(qū)域（如Ⅳ區(qū)），理論預測插樁深度與實測結果較為一致。 樁靴貫入過程中，樁靴底部土體的破壞機制非常復雜，土體破壞模式受到土質情況、基礎尺寸和埋深以及加載速率等諸多因素的影響，不同的土體破壞模式和破壞深度直接決定了地基承載力，需要考慮各方面的因素后綜合確定。 通過有限元（FEA）分析表明，當基礎尺寸與硬土層厚度的比值B/H大于0.3時，硬土層的承載能力需要考慮軟弱下臥層的影響，層厚比越大，下臥軟土層對地基承載力的影響越大，地基承載力越��；當層厚比小于0.3時，可以忽略下臥軟土層對地基承載力的影響作用。 刺穿現象發(fā)生時的刺穿模式與硬土層的相對厚度有關，而與下臥軟土層無關。層厚比不同時，樁靴在硬土層中發(fā)生的刺穿模式不同。當基礎尺寸與硬土層厚度比小于臨界層厚比時，硬土層中基礎承載力隨深度先增加后減小，臨界刺入破壞位置位于硬土層內某深度處，發(fā)生“層內刺穿”；當基礎尺寸與硬土層厚度比大于臨界層厚比時，這種情況下硬土層中基礎承載力隨深度增加呈持續(xù)減小的趨勢，刺入破壞將發(fā)生在硬土層的表面，發(fā)生“層頂刺穿”。這一臨界層厚比為B/H＝0.286。根據有限元分析，提出了計算在硬土層中發(fā)生刺穿破壞時的臨界刺穿深度計算公式。刺穿模式和刺穿位置僅與硬土層的相對厚度有關，，而與下臥軟土層無關，但樁靴在硬土層中極限承載力的大小受到下臥軟土層強度控制。 對硬土層層狀地基的極限承載力，采用承載力理論公式計算出的承載力，當土體實際破壞模式與理論假定的某種特定破壞模式符合時，其結果趨于合理；當實際破壞模式與假定破壞模式不符時，結果會有較大偏差。對更為復雜的互層土來說，其承載力與基礎下影響深度范圍內所有土體的性狀都密切相關，體現為土體的綜合承載力。對尺寸較大的樁靴基礎，應充分考慮3～3.5倍基礎尺寸的深度范圍內的所有土體的力學性質，這樣得到的綜合承載力才是合理的。 研究區(qū)內樁靴基礎貫入時土體破壞模式可以歸納為以下幾種：砂性土破壞模式主要包括沖剪貫通破壞型、整體貫通破壞型和沖切型；粘性土破壞模式主要包括側向塑流型、整體滑動破壞型和局部剪切破壞型。不同的土體破壞模式對樁靴承載力有著顯著的影響。 采用有限元法（FEA）分析樁基承載力，解決了承載力理論公式計算中存在的事先假定破壞面、計算結果和實際情況差異較大等問題，可以適用于更加復雜的模型和邊界載荷條件，如復雜互層土、偏心荷載等，并能揭示地基漸進破壞過程和土體破壞機制，分析結果更加精確合理，可以很好地反映持力層影響深度范圍內所有土層的性狀，得到地基綜合承載力，更為接近實際情況，無需再進行修正。通過對研究區(qū)各區(qū)內典型井場的計算與實測插樁深度結果對比，其預測結果與實測插樁深度相當一致。 研究區(qū)水動力環(huán)境復雜，在風、浪、流等環(huán)境因素作用下鉆井平臺等海上構筑物附近將會引起沖刷、淘蝕現象，會造成樁靴入土深度減小和持力層有效厚度的減小，導致地基承載力減小，產生樁腳的額外貫入，甚至刺穿失穩(wěn)。文中對研究區(qū)內海底構筑物就位后，樁基周圍的水動力條件變化引起的沖刷作用對樁基豎向承載力的影響做簡要分析。分析表明，當樁靴在類型1（厚層粉土－軟弱粉質粘土型）地層結構的區(qū)域就位時，如果選擇表層粉土層作為樁靴持力層，沖刷作用將對樁基承載能力產生顯著的不利影響，應及時采取適當的工程處理措施以便預防和應對。
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【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU47

【參考文獻】

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本文編號：1597155