發(fā)布時(shí)間：2020-08-13 03:36

【摘要】：自升式鉆井平臺(tái)逐漸成為勘探、開采海洋油氣資源的主流設(shè)備。但海洋環(huán)境相較于陸地環(huán)境存在較多的不確定性因素,自升式平臺(tái)不僅要承受上部結(jié)構(gòu)自重等豎向荷載,還常遭受颶風(fēng)、波浪、海流等環(huán)境荷載的侵襲,故研究海洋環(huán)境中自升式平臺(tái)在組合荷載工況下的系統(tǒng)承載力、失效模式、失效機(jī)理具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際的工程意義。因此本文將采用有限元數(shù)值模擬的方法來探究復(fù)雜土層條件下組合荷載工況對(duì)于自升式鉆井平臺(tái)在作業(yè)期間的安全性、穩(wěn)定性等方面問題。本文擬采用有限元數(shù)值模擬的方法來探究自升式平臺(tái)復(fù)雜土層條件中組合荷載工況下的系統(tǒng)承載能力、失效模式、失效機(jī)理、荷載在各樁靴間的分布規(guī)律等的影響。通過使用有限元軟件ABAQUS成功地建立起了完整的自升式鉆井平臺(tái)(上部平臺(tái)、樁腿、樁靴)及圓柱形的地基土體數(shù)值模型,將數(shù)值模擬所得承載力結(jié)果與參考文獻(xiàn)中包含的試驗(yàn)結(jié)果及理論公式結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。將關(guān)于地基土體不排水抗剪強(qiáng)度的三維隨機(jī)場導(dǎo)入到已建立好的數(shù)值模型,使用有限元分析的方法獲得了在組合荷載工況下各樁靴承擔(dān)豎向、水平荷載和樁靴的豎向、水平位移隨施加在平臺(tái)的水平荷載變化曲線,將變異土體中得到的結(jié)果與均質(zhì)粘土中所得結(jié)果作比較,結(jié)合不排水抗剪強(qiáng)度隨機(jī)場云圖,觀察自升式鉆井平臺(tái)在空間變異性粘土中各個(gè)樁靴基礎(chǔ)下部及周圍土體發(fā)生豎向位移流動(dòng)情況與土體發(fā)生塑性變形的發(fā)展情況與均質(zhì)粘土中的不同之處。計(jì)算400個(gè)空間變異性粘土的隨機(jī)場算例,研究自升式鉆井平臺(tái)在空間變異性粘土中出現(xiàn)的失效模式。發(fā)現(xiàn)了自升式鉆井平臺(tái)存在樁腿間不均勻沉降而導(dǎo)致平臺(tái)傾覆、樁靴水平滑移、樁腿全部下沉以及復(fù)合的失效模式等多種有別于均質(zhì)土的失效模式。研究了荷載在各樁靴間的分布規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了樁靴承擔(dān)水平荷載與其發(fā)生水平位移密切相關(guān),豎向荷載會(huì)隨著施加在上部平臺(tái)水平荷載的變化在各樁靴基礎(chǔ)間進(jìn)行重分布的規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE95
【圖文】：

腿間存在較大的不均勻沉降差，輕則導(dǎo)致樁腿破壞重則平臺(tái)迅速傾覆[6-8]。如圖 1-1 所示。因此研究自升式鉆井平臺(tái)在組合荷載工況下的承載力、失效模式和失效機(jī)理可以服務(wù)于海洋鉆井平臺(tái)的研發(fā)、設(shè)計(jì)和后期維護(hù)等工作。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文平臺(tái)的正常作業(yè)更加困難，存在更多的風(fēng)險(xiǎn)。所處在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中，在各個(gè)種類的海洋工程平臺(tái)出現(xiàn)工程事故的較為頻繁。比如，中國海洋 931 鉆埋置在海床土體的深度不超過 7.5 m。但是因?yàn)槟硞�(gè)樁軟，在實(shí)際的作業(yè)中，931 平臺(tái)的樁靴的最大沉降大大最大容許深度[11]，容易誘發(fā)、引起各類工程事故的發(fā)生2 年 9 月，一艘沙特鉆井公司旗下的鉆井船在實(shí)際作業(yè)刺破壞，具體表現(xiàn)為某根樁腿突然向下貫入，樁腿間存差，該鉆井船整體失去穩(wěn)定性，瞬間向一側(cè)傾覆。因該期臨近的采油平臺(tái)上，頓時(shí)現(xiàn)場一片火海并引起了巨大的大量傷亡和經(jīng)濟(jì)的重大損失[12]。將采用有限元數(shù)值模擬的方法，探究自升式鉆井平臺(tái)在工況下的系統(tǒng)承載力、失效模式、失效機(jī)理等問題。并議，將有助于及時(shí)預(yù)防、避免自升式平臺(tái)作業(yè)期間工程事

圖 1-3 自升式平臺(tái)構(gòu)造簡圖[14]平臺(tái)因其具有靈活的移動(dòng)性，穩(wěn)定性較好，移動(dòng)性較好，種水深具有良好的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)在海洋油氣資源開采領(lǐng)域自升式平臺(tái)在被拖船拖航到達(dá)預(yù)設(shè)位置時(shí)，樁腿連帶樁靴入，然后泵送海水到船體艙內(nèi)使得樁靴基礎(chǔ)不斷向下貫入預(yù)定埋深使得平臺(tái)具有足夠的承載力[10]4，最后排出船體艙抬升至海面之上預(yù)設(shè)高度進(jìn)行作業(yè)，詳細(xì)情況可見圖 1-4。變的海洋環(huán)境以及存在一些未知因素的海底工程地質(zhì)條件全性、穩(wěn)定性受到了挑戰(zhàn)。鉆井平臺(tái)在作業(yè)期間常出現(xiàn)安的失效破壞。張浦陽[10]7-8基于對(duì)歷史上海洋鉆井平臺(tái)樁靴行歸納、總結(jié)：樁靴基礎(chǔ)周圍的地基土體會(huì)因?yàn)楹Ｋ牟粵_刷，使得樁靴基礎(chǔ)與周圍地基土體的實(shí)際接觸面積不斷法向樁靴基礎(chǔ)提供足夠的反力而致鉆井平臺(tái)發(fā)生失效破壞平臺(tái)的預(yù)壓載階段因遇到上硬下軟的土層（雞蛋殼層）而、海底地震、海底滑坡等強(qiáng)烈的海底地質(zhì)災(zāi)害直接導(dǎo)致樁

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本文編號(hào)：2791464