方形桩靴自升式平台地基极限承载力及结构抗穿刺研究

摘要

自升式平台是近海油气田开发中广泛使用的平台结构型式。由于海底地质条件复杂，平台在上硬下软的地基上插桩时，经常会发生穿刺事故，严重威胁着平台生产作业的安全。本文以渤海十二号自升式钻井平台为研究对象，对方形桩靴的单层及双层地基极限承载力进行了深入的理论分析，并对平台预压载求解方法及穿刺过程中的结构响应进行了研究，主要研究内容包括:
　　1、构造了方形桩靴三维地基复合滑移破坏面，并根据极限平衡理论，由塑性体的平衡条件推导出一种新的方形桩靴单层地基承载力计算公式。
　　2、以迈耶霍夫-汉纳冲剪理论为基础，对双层地基土体破坏面提出了合理的假设，建立了一种新的方形桩靴双层地基承载力的计算方法。
　　3、为准确判断发生穿刺的可能性，提出了一种基于动力分析的计算平台预压载的科学方法，该方法的计算结果比现有工程方法更接近实际情况，从而可有效避免结构发生穿刺。
　　4、针对平台穿刺，建立了方形桩靴自升式平台有限元分析模型，并就三种穿刺工况分析了穿刺前后的桩腿及船体形态、危险点分布、穿刺速度对结构的影响及预压载分布的变化，首次探讨了自升式平台穿刺过程中的结构响应特征;并通过计算平台极限穿刺深度，评估了平台的抗穿刺能力。

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摘要

CONTENTS

图表目录

1 绪论

1．1 研究背景及概况

1．1．1 背景与意义

1．1．2 自升式钻井平台的结构组成

1．1．3 平台的操作工况

1．2 国内外研究进展

1．2．1 地基极限承载力研究现状

1．2．2 环境荷载对自升式平台作业的影响分析

1．2．3 自升式平台穿刺研究现状

1，3 本文主要内容与思路

1．3．1 研究目的

1．3．2 论文研究内容

2 方形桩靴自升式平台单层地基极限承载力研究

2．1 引言

2．2 关于地基承载力的现有计算方法

2．2．1 普朗德尔公式

2．2．2 太沙基公式

2．2．3 海洋井场调查规范公式

2．3 方形桩靴单层地基极限承载力理论求解

2．3．1 三维地基滑移破坏面模型

2．3．2 基本假定

2．3．3 公式推导

2．4 试验验证研究

2．4．1 试验原理

2．4．2 试验系统的研制

2．4．3 地基滑移破坏面试验分析

2．4．4 静载试验

2．4．5 方形桩靴插桩试验

2．5 本章小结

3 方形桩靴自升式平台双层地基极限承载力研究

3．1 引言

3．2 双层地基承载力计算方法

3．2．1 Hansen加权平均法

3．2．2 Baglioni方法

3．2．3 Meyerhof-Hanna方法

3．2．4 《建筑地基基础设计规范》推荐方法

3．3 基于冲剪理论的双层地基承载力计算模型

3．3．1 基本假设

3．3．2 公式推导

3．3．3 求解过程

3．3．4 修正系数

3．4 算例及验证研究

3．5 本章小结

4 自升式平台预压载计算方法研究

4．1 引言

4．2 预压载量的计算方法

4．2．1 直接叠加法

4．2．2 准静态法

4．2．3 动力分析法

4．3 有限元分析

4．3．1 目标平台简介

4．3．2 有限元模型的建立

4．3．3 环境数据

4．3．4 作用在模型上的荷载

4．4 计算结果分析

4．4．1 直接叠加法计算结果

4．4．2 准静态分析的计算结果

4．4．3 动力分析的计算结果

4．5 穿刺风险评估

4．6 避免或减轻穿刺损失的措施

4．7 本章小结

5 穿刺条件下的平台结构响应研究

5．1 引言

5．2 穿刺模型的建立

5．2．1 桩腿／船体模型

5．2．2 固桩区模拟

5．2．3 桩靴-土体相互作用

5．3 穿刺过程模拟

5．3．1 分析方法的选择

5．3．2 对穿刺过程的模拟分析

5．3．3 结果分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间科研项目及科研成果

致谢

作者简介