滩海吸力式桶形基础承载力计算方法及其应用

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 吸力式桶形基础国内外发展概况

1.3 国内外研究现状及发展动态

1.3.1 沉贯过程研究

1.3.2 海洋地基承载力特性研究

1.3.3 变值(循环)荷载作用下海洋地基承载力特性研究

1.4 研究目的和主要内容

2 吸力式桶形基础承载力有限元分析

2.1 概述

2.2 计算方法与数值实施

2.2.1 有限元分析软件ABAQUS

2.2.2 ABAQUS模块和分析步骤

2.2.3 ABAQUS中材料非线性问题求解方法

2.2.4 ABAQUS中接触非线性问题求解方法

1  绪论

1.1  研究背景

1.2  吸力式桶形基础国内外发展概况

1.3  国内外研究现状及发展动态

1.3.1  沉贯过程研究

1.3.2  海洋地基承载力特性研究

1.3.3  变值(循环)荷载作用下海洋地基承载力特性研究

1.4  研究目的和主要内容

2  吸力式桶形基础承载力有限元分析

2.1  概述

2.2  计算方法与数值实施

2.2.1  有限元分析软件ABAQUS

2.2.2  ABAQUS模块和分析步骤

2.2.3  ABAQUS中材料非线性问题求解方法

2.2.4  ABAQUS中接触非线性问题求解方法

2.3  吸力式桶形基础有限元计算模型

2.3.1  吸力式桶形基础有限元计算模型

2.3.2  有限元计算分析方法

2.3.3  确定地基极限承载力的标准

2.3.4  荷载位移标记方法

2.3.5  桶土相互作用的模拟

2.4  有限元计算模型的实验验证

2.5  结论

3  单调荷载作用下单桶基础极限承载力有限元数值分析

3.1  竖向极限承载力的有限元数值分析

3.1.1  竖向荷载作用下单桶基础结构的破坏机制

3.1.2  竖向极限承载力

3.2  水平极限承载力的有限元数值分析

3.2.1  水平荷载作用下单桶基础结构的破坏机制

3.2.2  土压力分布

3.2.3  水平极限承载力

3.3  力矩极限承载力的有限元数值分析

3.3.1  力矩荷载作用下单桶基础结构的破坏机制

3.3.2  力矩极限承载力

3.4  土性参数及桶体埋深对极限承载力的影响

3.4.1  土的有效容重对极限承载力的影响

3.4.2  软黏土的不排水抗剪强度对极限承载力的影响

3.4.3  埋深对极限承载力的影响

3.5  小结

4  单桶基础结构的竖向、水平承载力极限分析上限解法

4.1  概述

4.2  极限分析上限解法

4.3  软基上吸力式桶形基础竖向承载力的极限分析上限解法

4.3.1  失稳破坏模式

4.3.2  极限分析上限方法

4.3.3  塑性耗散率计算

4.3.4  极限分析上限解法与有限元分析的对比

4.3.5  变动参数对比计算与分析

4.4  水平承载力的极限分析上限解法

4.4.1  失稳破坏模式

4.4.2  极限分析上限方法

4.4.3  极限分析上限解法与有限元分析的对比

4.4.4  变动参数对比计算与分析

4.5  小结

5  模型试验研究

5.1  模型试验

5.1.1  土样制作

5.1.2  模型试验装置

5.2  模型试验方法

5.3  地基破坏机理与数值计算对比分析

5.3.1  水平荷载作用下桶形基础地基破坏机理

5.3.2  竖向荷载作用下桶形基础地基破坏机理

5.3.3  扭剪荷载作用下桶形基础地基破坏机理

5.4  结论

6  复合加载模式下单桶基础承载力特性研究

6.1  概述

6.2  有限元数值实施方法

6.3  均质软黏土地基上单桶基础承载力特性研究

6.3.1  V-H荷载空间承载特性

6.3.2  V-M荷载空间承载特性

6.3.3  H-M荷载空间承载特性

6.3.4  V-H-M荷载空间承载特性

6.4  倾斜荷载作用下单桶基础承载力特性研究

6.4.1  单个倾斜荷载分量作用下单桶基础极限承载力特性分析

6.4.2  倾斜荷载作用下桶形基础的破坏包络图

6.5  横观各向异性软基上桶形基础承载力特性研究

6.5.1  单调荷载作用下单桶基础的承载性能研究

6.5.2  复合加载模式下桶形基础的承载性能研究

6.6  非均质软黏土地基上桶形基础承载力特性研究

6.6.1  单调荷载作用下单桶基础的承载性能研究

6.6.2  复合加载模式下桶形基础破坏包络面

6.7  变值(循环)复合加载模式下桶形基础承载性能研究

6.7.1  变值(循环)复合加载模式下单桶基础的计算模型与分析方法

6.7.2  变值(循环)复合加载模式下单桶基础承载性能分析

6.8  小结

7  多桶组合基础承载力特性研究

7.1  有限元计算模型

7.2  确定地基承载力的标准

7.3  单调荷载作用下双桶基础结构的承载力特性研究

7.3.1  单调荷载作用下双桶基础结构的破坏机制

7.3.2  单调荷载作用下双桶基础结构的极限承载力

7.4  复合加载模式下双桶基础结构的承载力特性研究

7.4.1  V-H荷载空间承载特性

7.4.2  V-M荷载空间承载特性

7.5  结论

8  CB20B海洋采油平台基础承载力特性研究

8.1  有限元计算模型

8.2  CB20B桶形基础采油平台设计工况[218]

8.3  CB20B海洋采油平台基础承载力特性研究

8.3.1  单调荷载作用下CB20B海洋采油平台基础承载力特性研究

8.3.2  复合加载模式下CB20B海洋采油平台基础承载力特性研究

8.4  小结

参考文献

《滩海吸力式桶形基础承载力计算方法及其应用》拟在大型通用有限元软件ABAQUS平台上，针对我国第一座吸力式桶形基础海洋平台，将海洋平台及其设备产生的自重荷载与波浪、风荷载假设为静力单调荷载，建立软黏土地基上吸力式桶形基础的三维弹塑性有限元计算模型。首先，采用位移控制方法，探讨了不同荷载单调作用下单桶基础结构的地基破坏机制及承载力特性。其次，采用Swipe试验加载方式，探讨了不同荷载分量共同作用下的复合加载模式下软黏土地基上单桶基础结构的地基破坏机制及承载力特性，绘制地基三维破坏包络面；以此为基础，研究了倾斜荷载作用下吸力式桶形基础的破坏包络面与偏心距之间的关系。进一步，研究了软黏土不排水抗剪强度横观各向异性和非均质性对复合加载模式下吸力式桶形基础的承载力的影响。然后，基于Andersen提出的软黏土循环强度概念，通过考虑循环荷载所导致软黏土地基的强度弱化效应，探讨了变值复合加载模式下吸力式桶形基础的承载力以及破坏包络面与循环强度之间的关系。最后，通过考虑桶间距对于多桶基础结构的影响，探讨多桶基础结构在不同荷载分量单调及共同作用下的地基破坏机制及承载力特性。从而，为滩海及深海海洋油气田建设与开发中新型结构形式的应用提供理论依据和技术支持，也为完善海洋平台地基基础设计和施工提供参考依据。