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软粘土中张紧式吸力锚承载力理论分析与模型试验

作　者: 陈文强
导　师: 王建华
学　校: 天津大学
专　业: 岩土工程
关键词: 吸力锚塑性极限分析法极限平衡分析法
分类号: TU43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着深水石油开采的发展,张紧式吸力锚成为一个重要的深水海洋平台基础。由于这种基础不同于先前的重力式基础和桩基础,在设计理论上缺少统一的认识。因此评价张紧式吸力锚承载力对于设计此类吸力锚是十分重要的工作。为此本文针对如何评价张紧式吸力锚承载力问题开展了理论分析与模型试验研究。首先,依据塑性极限分析上限理论与极限平衡理论,对张紧式吸力锚极限承载力进行了理论分析,给出相应的计算方法,讨论如何选取计算参数,又针对计算方法特点,编制了相应的计算分析程序。其次,为了说明评价张紧式吸力锚承载力的塑性极限分析上限法与极限平衡法的可行性,进行了软粘土中张紧式吸力锚承载力模型试验。选取了两个直径试验锚,其长径比分别为4和6,进行了张紧角度为20°、30°、40°吸力锚承载力模型试验。分析了在不同张紧角度下吸力锚的破坏模式,以及张紧角度、长径比的变化对承载力的影响,得出吸力锚的破坏模式与吸力锚受荷角度密切相关,吸力锚的长径比和张紧角度的变化对承载力有很大影响,在相同的张紧角度并且长径比不同的情况下吸力锚最后发生破坏的模式基本没有发生变化。最后用塑性极限分析法和极限平衡分析法与模型试验结果进行了比较和分析。结果表明,这两种理论在评价张紧式吸力锚承载力方面是可行性。最后,对评价张紧式吸力锚极限承载力的塑性极限分析法和极限平衡分析法在破坏机理与破坏模式、参数选取、求解过程进行了分析和比较。结果表明,塑性极限分析上限法不能反映吸力锚破坏模式,但可以评价吸力锚受荷点不在最佳位置处的承载力,极限平衡分析法能反映吸力锚的破坏模式,但只可以评价吸力锚受荷点在最佳位置处的承载力。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 吸力锚承载力研究现状  8-15
    1.1.1 受竖向拉拔荷载吸力锚的承载力  9-12
    1.1.2 水平荷载作用下吸力锚的承载力  12-13
    1.1.3 受倾斜荷载吸力锚的承载力  13-15
    1.1.4 对吸力锚承载力的数值模拟  15
  1.2 主要研究工作  15-16
第二章张紧式吸力锚承载力的塑性极限分析法  16-32
  2.1 塑性极限分析上限法理论简介  16-18
  2.2 塑性极限分析上限法  18-21
  2.3 吸力锚侧壁土体的阻力及内能耗散函数  21-24
  2.4 吸力锚底部土的阻力及内能耗散函数  24-26
  2.5 张紧式吸力锚承载力  26-28
  2.6 参数选取  28-30
    2.6.1 衰减系数R_f  28
    2.6.2 水平承载力系数N_1 和N_1-N_2  28-29
    2.6.3 基础底部的反向承载力系数N_c  29
    2.6.4 吸力锚与周围土体摩擦系数α  29-30
  2.7 塑性极限分析上限法求解过程  30-32
第三章张紧式吸力锚承载力的极限平衡分析法  32-42
  3.1 张紧式吸力锚破坏模型与极限平衡分析  32-34
  3.2 吸力锚极限平衡状态受力分析  34-38
  3.3 参数选取  38-40
    3.3.1 吸力锚侧壁与土之间的摩擦系数r_(bs)  38-39
    3.3.2 基础底部的反向承载力系数N_c  39
    3.3.3 水平承载力系数N_p  39-40
  3.4 极限平衡分析法求解过程  40-42
第四章张紧式吸力锚模型试验  42-53
  4.1 模型试验土层制备  42-43
  4.2 试验装置  43-45
  4.3 测量装置  45-46
  4.4 模型试验  46-53
    4.4.1 模型试验方案  46-48
    4.4.2 模型试验过程  48-49
    4.4.3 模型实验结果  49-53
第五章理论计算结果与模型试验结果比较分析  53-60
  5.1 模型试验结果和理论计算比较分析  53-57
    5.1.1 承载力与吸力锚的受荷点位置关系  54-55
    5.1.2 承载力与土体的不排水强度关系  55-56
    5.1.3 承载力与吸力锚的长径比关系  56-57
  5.2 塑性极限分析上限法与极限平衡分析法比较  57-60
    5.2.1 破坏机理和破坏模式  57-58
    5.2.2 计算过程  58
    5.2.3 参数α、N_c 选取  58-59
    5.2.4 优化参数  59-60
第六章结论与展望  60-62
  6.1 结论  60-61
  6.2 展望  61-62
参考文献  62-65
致谢  65

软粘土中张紧式吸力锚承载力理论分析与模型试验

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