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自升式钻井平台插桩数值模拟研究
| 论文题名： | 自升式钻井平台插桩数值模拟研究 |
| 关键词： | 自升式钻井平台插桩;数值模拟;有限元计算;模型试验 |
| 摘要： | 插桩式钻井船是海洋油气勘探开发的重要装置。为了确保钻井船作业时的安全,必须对钻井船作业场地的插桩阻力进行评价。本文研究了利用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)有限元方法对自升式钻井船插桩的连续过程进行数值仿真模拟的可行性。通过以下几个方面的工作,得到相关结论: 首先通过与离心模型试验结果和缩尺插桩模型试验结果的比较,探讨利用CEL方法对自升式钻井船插桩的连续过程进行数值仿真模拟的可行性。结果表明:在桩靴贯入均质粘土的过程中,相比于Skempton地基极限承载力经验公式的计算结果,CEL方法的计算结果更加接近于离心模型试验结果;利用CEL方法对插桩模型试验进行数值仿真模拟,如果采用基于Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性本构关系描述软土的不排水应力应变特性,发现在本文的模型试验尺寸和土层条件下,当弹性模量取为150倍的不排水抗剪强度时,利用CEL有限方法计算所得的插桩阻力曲线与插桩模型试验所得结果在一定程度上较为接近。 然后分析了在利用CEL方法模拟钻井船插桩过程中,不同的影响因素对插桩阻力计算结果的影响。结果表明:模型截断边界为4倍贯入基础直径或者更大,可以消除边界效应对计算结果的影响;不同空穴尺寸的设置对计算结果没有影响;在位移贯入模式下,对粘土地基选用0.1m/s的贯入速率,对砂土地基选用0.05m/s的贯入速率;在力加载模式下,对粘土地基选用0.5MN/s的加载速率,对砂土地基选用0.2MN/s的加载速率进行CEL有限元计算,此时可以将桩靴的贯入过程看作一个准静态过程。 通过对插桩工程实例的模拟,评价了 CEL方法在实际工程中的适用性。结果表明:应用CEL方法模拟钻井船在一般的层状地层中的插桩过程时,能够反映实际插桩过程中土体部分回淤的性状,较为客观的预测插桩深度。而在遇到较为复杂的“硬壳层”情形时,本文所预测的插桩深度与实际工程的插桩深度相比存在一定偏差,这有待于今后做进一步研究。 最后运用CEL方法分析了钻井船插桩对邻近平台桩基础的影响。结果表明:钻井船插桩至不同深度时,受平台整体结构的影响,插桩导致的平台桩基的桩头位移较小而一定范围内的桩身位移较大。平台桩基最大桩身位移和最大桩身弯矩出现在同一位置处,并且随着插桩深度的增加,最大桩身位移和最大桩身弯矩位置下移。 |
| 作者： | 王鹏 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 王建华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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