动力贯入圆板锚安装的实验及数值模拟

摘要

通过安全可靠的锚泊系统将浮式平台系泊在海底是深海油气资源开发的关键。动力贯入圆板锚是近几年出现的一种新型深海锚固基础，其安装过程及承载力都有待深入研究。
　　本文在国家自然科学基金项目(Nos.51574139,Nos.51274079)和河北省自然科学基金项目(Nos.E2015208089)的资助下，采用实验、数值模拟和理论分析的方法，研究了动力贯入圆板锚的安装过程。首先，自制了动力贯入圆板锚的贯入实验装置，利用该装置在普通粘土、高岭土中开展了45组室内贯入实验。基于能量守恒定理，提出了动力贯入圆板锚贯入深度的计算公式。然后，在ABAQUS下建立了锚与土相互作用的三维有限元模型，计算了法向力、切向力和弯矩组合荷载作用下板锚的极限承载力，拟合了动力贯入圆板锚极限承载力包络面。第三，利于宏单元法模拟了圆板锚旋转上拔过程，分析了偏心系数和泥面角对动力贯入圆板锚旋转上拔的影响。
　　研究结果表明：
　　(1)到达泥面表面的冲击速度越大，动力贯入圆板锚的贯入深度也越大。
　　(2)土体强度越大，动力贯入圆板锚贯入深度越小。
　　(3)利用本文贯入深度计算公式，能较好地预测圆板锚贯入深度。
　　(4)饱和粘土中动力贯入圆板锚法向、切向及弯矩极限承载力系数分别为：12.54,6.83和1.47，V~H~M空间极限承载力包络面参数为：q=4.21, n=2.23, m=6.05, p=1.18，动力贯入圆板锚极限承载力包络面与吸力贯入式板锚明显不同。
　　(5)随着偏心系数增加，动力贯入圆板锚旋转上拔中的埋深损失减小，运动稳定时的旋转角增大，锚眼拉力系数增大。
　　(6)随着泥面角增加，动力贯入圆板锚的埋深损失增大，运动稳定时的旋转角增大，锚眼拉力系数减小。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 论文的研究背景及意义

1.2 深水系泊基础介绍

1.3 国内外研究现状

1.4 主要研究内容及技术路线

第2章 动力贯入圆板锚安装过程的动力贯入实验研究

2.1 DEPLA动力贯入实验装置及步骤

2.2 DEPLA贯入深度计算公式的推导

2.3 DEPLA贯入深度计算公式的验证

2.4 DEPLA贯入深度的影响因素研究

2.5 DEPLA安装入水阶段的理论分析

2.6 DEPLA锚板高度为400cm时的贯入深度

2.7 本章小结

第3章 动力贯入圆板锚安装过程的数值模拟研究

3.1 数值模型的建立

3.2 求解承载力系数

3.3 承载力系数包络面

3.4 本章小结

第4章 动力贯入圆板锚安装过程的旋转上拔模拟研究

4.1 宏单元模型

4.2 算例基本情况

4.3 偏心系数对DEPLA旋转上拔的影响

4.4 泥面角对DEPLA旋转上拔的影响

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢