自升式鉆井平臺(tái)樁靴在多層粘土中的穿刺機(jī)理分析.pdf

1、自升式鉆井平臺(tái)在預(yù)壓期間容易發(fā)生“穿刺”事故,穿刺往往會(huì)對平臺(tái)造成巨大的危害甚至整個(gè)平臺(tái)的傾覆。目前,在實(shí)際工程中,關(guān)于穿刺是否發(fā)生SNAME規(guī)范和《海洋場井調(diào)查規(guī)范》等多采用地基極限承載力公式進(jìn)行評價(jià)。但是,海底地質(zhì)條件多種多樣,這些公式并不完全適用,因此,需要采用試驗(yàn)方法和有限元分析的方法解決穿刺問題。
　　離心模型試驗(yàn)是一種模仿原位應(yīng)力場的有效的試驗(yàn)方法,它的優(yōu)勢在于通過提高徑向離心加速度,在一個(gè)縮小的模型箱里模擬樁靴的插入

2、過程,得到與原位試驗(yàn)相同的應(yīng)力水平,是一種較為精確的模擬方法。根據(jù)本課題的需要,分別進(jìn)行了全模型和半模型離心模型試驗(yàn)。半模型離心模型試驗(yàn)結(jié)合PIV粒子圖像測速分析技術(shù)可以精確的得到樁靴在某一插深位置樁靴周圍土體的速度矢量圖,從而得到土體的流動(dòng)機(jī)制和破壞模式。全模型試驗(yàn)得到荷載-插深曲線,通過不同插深位置的承載力分析,對穿刺發(fā)生可能性作出判斷。
　　由于離心模型試驗(yàn)耗資巨大,不易重復(fù),因此,在離心模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用ABAQUS有

3、限元分析平臺(tái)進(jìn)行數(shù)值模擬。傳統(tǒng)的有限元模擬方法在研究樁靴插深之類的大變形問題時(shí),會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)格變形過大造成計(jì)算不收斂,往往得不到計(jì)算結(jié)果。耦合的歐拉-拉格朗日方法(CEL)方法中地基土采用歐拉網(wǎng)格進(jìn)行模擬,將剛度大、變形微小的樁靴采用拉氏單元進(jìn)行模擬。這種方法可以完整的模擬動(dòng)態(tài)的插樁過程,解決計(jì)算過程中的大變形問題。采用CEL方法模擬樁靴貫入成層土的過程,并用離心模型試驗(yàn)的結(jié)果對有限元分析進(jìn)行可靠性驗(yàn)證。
　　通過離心模型試驗(yàn)和CEL

4、有限元分析模擬樁靴穿過多層粘土的過程得到以下結(jié)論:
　　(1)SNAME推薦的理論計(jì)算方法的結(jié)果顯示中部硬層粘土上表層是可能發(fā)生穿刺的地方,兩種方法均未考慮硬層粘土對上下兩層軟粘土承載力的影響。
　　(2)通過PIV技術(shù)分析離心模型半模型試驗(yàn)得到的照片得到樁靴貫入三層粘土?xí)r不同插深的土體的速度矢量圖,說明了樁靴穿過軟硬軟三層粘土?xí)r,當(dāng)樁靴靠近中部硬粘土層和穿過硬粘土層時(shí)均有可能發(fā)生穿刺的危險(xiǎn)。
　　(3)通過CEL有限