关键词：
桩靴基础
耦合欧拉—拉格朗日方法
随机有限元分析
承载力
极限孔穴深度
摘要：
自升式钻井平台现如今被广泛应用于海上油气勘探以及临时生产和维护工作,通常这种自升式平台安装在150 m以下的浅水至中等水深海域。桩靴基础作为其重要的组成部分,一般为倒圆锥形,且直径通常为10—20 m。在自升式钻井平台的安装过程中,桩靴基础需要承受其工作荷载两倍左右的垂直预压力,该预压荷载作用可以使桩靴基础贯入海床土体2—3倍直径的深度,以确保有足够的安全容量抵抗极端风暴。目前有关桩靴基础失效机理和承载力的研究大多局限于均质土体中,但海床受多种不确定因素的影响具有明显的空间变异性和自相关性。在传统的确定性岩土工程分析中,往往因为忽视了土体性质的不确定性,从而导致基础的承载力被高估。尽管近年来有部分学者采用随机有限元的方法探讨了土体空间变异性对桩靴基础的影响,但由于技术和计算的复杂性,这些研究仍局限于小应变拉格朗日有限元分析。本文在蒙特卡洛模拟的框架下,将大变形有限元方法与随机场理论相结合,采用耦合欧拉—拉格朗日有限元计算方法对桩靴基础的连续贯入过程进行了模拟。随着桩靴基础的持续贯入,土体的破坏模式由表层破坏逐渐演化成深层的完全局部回流机理,其中土体初始回流阶段则标志着这两种破坏机理的过渡。研究发现空间变异性对土体的回流机理有明显影响,进而限制了极限孔穴深度的发展。孔穴深度的取值范围可以通过对数正态分布拟合得到,从而确定不同概率水平下的特征极限孔穴深度。并基于该特征极限孔穴深度提出可应用于空间变异性土体中的孔穴深度计算公式。值得注意的是,需根据工程实践的具体问题和极限状态分析选择（69）,5%下限和（69）,95%上限取值以保证设计可靠度。本文研究结果表明,土体不排水抗剪强度的随机性能明显的改变土体的流动模式和破坏机理,进而影响桩靴基础的极限承载力。基于桩靴承载力系数的对数正态概率分布形式,建立失效概率和安全系数之间的相关性,从中可以评估不同安全系数下的可靠度水平。除此之外,当考虑土体空间变异性时,也可利用激发抗剪强度特征值以保证桩靴承载力设计达到目标置信度要求,促进可靠度设计的进一步发展。
欢迎来到三峡大学图书馆！
详细信息
