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冲刷对海洋平台桩基水平承载性能影响的研究

作　者: 汤虎
导　师: 李芬
学　校: 武汉理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 海洋平台桩基 p-y曲线法水平承载力桩基冲刷 FLAC3D
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来,随着我国乃至世界经济的发展,海洋石油的开发已然成为满足能源需求的一个焦点。在海洋石油的勘探开发过程中,海上自升式平台起着关键性作用。该类平台与普通作业平台相比,具有插桩入泥较浅、适于多种工作环境等特点。由于这些特点,该类平台被广泛地应用于水深不超过100米水域的钻井作业和修井作业等。然而,当这类平台桩基周围土体受到水流冲刷时,由于平台桩基水平承载力下降而可能发生事故,这在很大程度上影响着平台的安全性和稳定性。因此,开展平台冲刷条件下桩基水平承载力变化的研究将会对平台的安全监控起到重要作用。对此,本文主要做了以下工作：(1)在国内外众多学者研究工作的基础上,对桩基水平承载力研究现状进行了总结。同时,还对平台桩基冲刷的研究现状进行了分析。在这些研究的基础上,结合实际情况计算了平台桩基的冲刷深度。(2)对基于温克尔地基梁理论的p-y曲线法进行了相应的理论分析,并对桩的数学模型和接触面单元数学模型进行了简要分析。根据这些理论,将FLAC3D中计算桩基水平承载力的过程进行了简要的分析,并就群桩中单桩水平承载力的计算进行了分析。(3)采用FLAC3D建立数值分析模型,对模型中单桩的水平承载力进行敏感性分析,包括：边界效应、长径比、土的弹性模量、模型的网格密度、接触面单元的粘聚力和摩擦角等。通过对比模型计算结果,来分析各种因素的敏感性。在分析Broms等人所作试验数据的基础上,根据敏感性分析所得到的结论建立数值模型,并选取相应的计算参数,对该试验进行了数值模拟分析。通过对比分析计算结果和试验结果,认为利用FLAC3D建立相应的模型可较好的模拟软粘土中水平荷载桩的变形。(4)在模型桩的水平承载力参数敏感性分析的基础上,结合自升式平台资料,选取合适的冲刷深度和计算参数。采用FLAC3D建立模型,模拟分析初始冲刷和极限冲刷等几种冲刷状态,再通过对比分析模型计算结果,来研究不同冲刷深度对平台桩基水平承载力所造成的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-27
  1.1 研究背景  9-17
    1.1.1 自升式平台简介  10-15
    1.1.2 自升式平台事故调查分析  15-17
  1.2 我国海洋地质调查情况  17-19
  1.3 桩基水平承载力研究现状  19-25
  1.4 桩基冲刷简介  25
  1.5 本文研究的主要内容  25-27
第2章桩基水平承载性能的理论分析  27-46
  2.1 温克尔地基梁  27-32
    2.1.1 温克尔地基梁理论简介  27-31
    2.1.2 边界条件分析  31-32
  2.2 p-y曲线法  32-36
    2.2.1 p-y曲线法理论分析  32-33
    2.2.2 静载时水平荷载桩的数值方法  33-36
  2.3 数值计算理论分析  36-43
    2.3.1 桩的本构模型  36-37
    2.3.2 土的本构模型  37-38
    2.3.3 接触面单元的理论分析  38-43
  2.4 群桩中单桩水平承载力的计算  43-45
  2.5 本章小结  45-46
第3章海洋平台桩基水平承载性能的数值模拟分析  46-70
  3.1 数值模型分析  46-48
  3.2 模型参数分析  48-51
  3.3 单桩水平承载力的敏感性分析  51-64
    3.3.1 边界效应  51-56
    3.3.2 桩的弹性模量  56-57
    3.3.3 桩的长径比  57-58
    3.3.4 土的弹性模量  58-60
    3.3.5 土的粘聚力  60
    3.3.6 土的摩擦角  60-61
    3.3.7 模型的网格密度  61-62
    3.3.8 接触面单元的参数  62-64
  3.4 验证性分析  64-68
  3.5 本章小结  68-70
第4章基于冲刷的自升式平台桩基水平承载性能的数值模拟分析  70-89
  4.1 平台概况  70-71
  4.2 桩基冲刷研究分析  71-77
  4.3 海洋平台桩基入泥深度分析  77-81
  4.4 冲刷时自升式平台桩基数值模拟分析  81-88
    4.4.1 冲刷模型分析  81-84
    4.4.2 模型参数分析  84-85
    4.4.3 冲刷时自升式平台桩基水平承载力数值模拟分析  85-88
  4.5 本章小结  88-89
第5章总结与展望  89-91
  5.1 总结  89-90
  5.2 展望  90-91
参考文献  91-96
致谢  96-98
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目  98

冲刷对海洋平台桩基水平承载性能影响的研究

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