黃河廢棄水下三角洲土體破壞機(jī)制及樁靴承載能力研究.pdf

1、勝利油田埕北淺海石油開(kāi)發(fā)區(qū)地處黃河口廢棄水下三角洲灘海交界地帶，該地區(qū)的水深和地質(zhì)條件特別適合自升式平臺(tái)作業(yè)。鉆井平臺(tái)樁靴貫入分析主要是研究地基土極限承載力是否滿(mǎn)足樁腿最大預(yù)期荷載的問(wèn)題。影響樁靴貫入的關(guān)鍵因素是土層的工程地質(zhì)條件。
　　研究區(qū)的淺地層工程地質(zhì)條件、動(dòng)力地貌特征、特別是黃河尾閭擺動(dòng)后引起的岸線變化和泥沙運(yùn)移規(guī)律十分復(fù)雜，地基土常由多層軟硬不均的土體交疊構(gòu)成。通過(guò)分析埕北海區(qū)近3年30余個(gè)井場(chǎng)的調(diào)查資料，把研究區(qū)分為

2、Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)。
　　根據(jù)研究區(qū)近三年平臺(tái)就位資料，對(duì)淺部地層內(nèi)有強(qiáng)度較大的粉土、粉質(zhì)粘土層等地層類(lèi)型的區(qū)域（如Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)），采用承載力理論預(yù)測(cè)插樁深度時(shí)總體來(lái)說(shuō)偏保守，實(shí)際插樁深度常遠(yuǎn)小于理論預(yù)測(cè)深度。當(dāng)淺部地層內(nèi)為厚粘土等地層類(lèi)型的區(qū)域（如Ⅳ區(qū)），理論預(yù)測(cè)插樁深度與實(shí)測(cè)結(jié)果較為一致。
　　樁靴貫入過(guò)程中，樁靴底部土體的破壞機(jī)制非常復(fù)雜，土體破壞模式受到土質(zhì)情況、基礎(chǔ)尺寸和埋深以及加載速率等諸多因素的影響，不同的土

3、體破壞模式和破壞深度直接決定了地基承載力，需要考慮各方面的因素后綜合確定。
　　通過(guò)有限元（FEA）分析表明，當(dāng)基礎(chǔ)尺寸與硬土層厚度的比值 B/H大于0.3時(shí)，硬土層的承載能力需要考慮軟弱下臥層的影響，層厚比越大，下臥軟土層對(duì)地基承載力的影響越大，地基承載力越??；當(dāng)層厚比小于0.3時(shí)，可以忽略下臥軟土層對(duì)地基承載力的影響作用。
　　刺穿現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的刺穿模式與硬土層的相對(duì)厚度有關(guān)，而與下臥軟土層無(wú)關(guān)。層厚比不同時(shí)，樁靴在硬土層

4、中發(fā)生的刺穿模式不同。當(dāng)基礎(chǔ)尺寸與硬土層厚度比小于臨界層厚比時(shí)，硬土層中基礎(chǔ)承載力隨深度先增加后減小，臨界刺入破壞位置位于硬土層內(nèi)某深度處，發(fā)生“層內(nèi)刺穿”；當(dāng)基礎(chǔ)尺寸與硬土層厚度比大于臨界層厚比時(shí)，這種情況下硬土層中基礎(chǔ)承載力隨深度增加呈持續(xù)減小的趨勢(shì)，刺入破壞將發(fā)生在硬土層的表面，發(fā)生“層頂刺穿”。這一臨界層厚比為B/H＝0.286。根據(jù)有限元分析，提出了計(jì)算在硬土層中發(fā)生刺穿破壞時(shí)的臨界刺穿深度計(jì)算公式。刺穿模式和刺穿位置僅與硬土

5、層的相對(duì)厚度有關(guān)，而與下臥軟土層無(wú)關(guān)，但樁靴在硬土層中極限承載力的大小受到下臥軟土層強(qiáng)度控制。
　　對(duì)硬土層層狀地基的極限承載力，采用承載力理論公式計(jì)算出的承載力，當(dāng)土體實(shí)際破壞模式與理論假定的某種特定破壞模式符合時(shí)，其結(jié)果趨于合理；當(dāng)實(shí)際破壞模式與假定破壞模式不符時(shí)，結(jié)果會(huì)有較大偏差。對(duì)更為復(fù)雜的互層土來(lái)說(shuō)，其承載力與基礎(chǔ)下影響深度范圍內(nèi)所有土體的性狀都密切相關(guān)，體現(xiàn)為土體的綜合承載力。對(duì)尺寸較大的樁靴基礎(chǔ)，應(yīng)充分考慮3～3.5

6、倍基礎(chǔ)尺寸的深度范圍內(nèi)的所有土體的力學(xué)性質(zhì)，這樣得到的綜合承載力才是合理的。
　　研究區(qū)內(nèi)樁靴基礎(chǔ)貫入時(shí)土體破壞模式可以歸納為以下幾種：砂性土破壞模式主要包括沖剪貫通破壞型、整體貫通破壞型和沖切型；粘性土破壞模式主要包括側(cè)向塑流型、整體滑動(dòng)破壞型和局部剪切破壞型。不同的土體破壞模式對(duì)樁靴承載力有著顯著的影響。
　　采用有限元法（FEA）分析樁基承載力，解決了承載力理論公式計(jì)算中存在的事先假定破壞面、計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況差異較大

7、等問(wèn)題，可以適用于更加復(fù)雜的模型和邊界載荷條件，如復(fù)雜互層土、偏心荷載等，并能揭示地基漸進(jìn)破壞過(guò)程和土體破壞機(jī)制，分析結(jié)果更加精確合理，可以很好地反映持力層影響深度范圍內(nèi)所有土層的性狀，得到地基綜合承載力，更為接近實(shí)際情況，無(wú)需再進(jìn)行修正。通過(guò)對(duì)研究區(qū)各區(qū)內(nèi)典型井場(chǎng)的計(jì)算與實(shí)測(cè)插樁深度結(jié)果對(duì)比，其預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)插樁深度相當(dāng)一致。
　　研究區(qū)水動(dòng)力環(huán)境復(fù)雜，在風(fēng)、浪、流等環(huán)境因素作用下鉆井平臺(tái)等海上構(gòu)筑物附近將會(huì)引起沖刷、淘蝕現(xiàn)象，