原文传递
各向异性黏土中吸力式沉箱水平承载力有限元分析
| 论文题名： | 各向异性黏土中吸力式沉箱水平承载力有限元分析 |
| 关键词： | 吸力式沉箱;各向异性;有限元;水平承载力 |
| 摘要： | 吸力式沉箱是一种顶端封闭的薄壁、大直径桶形基础设施，常用于系泊深海浮式石油平台。自1981年欧洲北海GORM油田开发中首次采用这种新型基础形式以来，至今共有485座以上的吸力式沉箱分布在全球50多个海域。 作为浮式平台基础的吸力式沉箱通常承受水平方向的拉力。迄今为止众多国内外学者运用模型实验、极限分析和有限元等方法对水平荷载下吸力式沉箱或桶形基础的稳定性进行了探讨分析，但他们侧重于对各向同性土体及细长沉箱的研究，忽略了土体各向异性特性及粗短沉箱被广泛应用近海海域这一实际情况。 本文从两个方面来扩充对吸力式沉箱的研究：将强度更新算法与修正Hill各向异性模型相结合，模拟各向异性土体中吸力式沉箱与土体的相互作用；考察水平荷载下粗短沉箱和细长沉箱的极限承载力，分析沉箱长径比、土体重度和旁压强度取值离散性等因素对极限承载力的影响。 在Hill弹塑性模型基础上，引入应变率参数，根据应变率参数的正负将沉箱周围土体划分为三轴拉伸及三轴压缩等区域。通过ABAQUS提供的子程序接口，更新土体单元的三轴拉压强度。有限元分析与上限分析作比较，沉箱侧向承载力及沉箱与土体之间相互作用的破坏模式吻合很好，说明包含修正Hill各向异性模型的强度更新算法能正确模拟吸力式沉箱地基的力学性质。 极限分析需要事先假定破坏模式，因此只适应于探讨细长沉箱与土体的相互作用。有限元分析无须假定破坏模式，而且能考虑不同试验方法得到的黏土不排水强度指标之间的耦合，因而适应各种长径比的沉箱，同时可以变动参数考察旁压强度等对水平极限承载力的影响。 通过对四种典型各向异性土体中吸力式沉箱的数值模拟，发现粗短沉箱与细长沉箱有着不同的破坏模式，细长沉箱主要表现为旋转破坏，而粗短沉箱近似平动破坏。分析水平承载力系数与长径比L/D关系曲线发现，当L/D>1时，承载力系数随L/D的增大而增大，当L/D<1时，承载力系数随L/D的增大而减小。各向异性地基的水平承载力与旁压强度指标密切相关。变动参数研究表明，基于旁压强度和不排水单剪强度的大致取值范围，强度各向异性对水平承载力的影响幅度最大不超过24％。 |
| 作者： | 申群璨 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 王栋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
