自升式鉆井平臺樁靴在多層粘土中的穿刺機理分析.pdf

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

2、過程,得到與原位試驗相同的應力水平,是一種較為精確的模擬方法。根據(jù)本課題的需要,分別進行了全模型和半模型離心模型試驗。半模型離心模型試驗結合PIV粒子圖像測速分析技術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機制和破壞模式。全模型試驗得到荷載-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。
　　由于離心模型試驗耗資巨大,不易重復,因此,在離心模型試驗的基礎上,采用ABAQUS有

3、限元分析平臺進行數(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,會因為網(wǎng)格變形過大造成計算不收斂,往往得不到計算結果。耦合的歐拉-拉格朗日方法(CEL)方法中地基土采用歐拉網(wǎng)格進行模擬,將剛度大、變形微小的樁靴采用拉氏單元進行模擬。這種方法可以完整的模擬動態(tài)的插樁過程,解決計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,并用離心模型試驗的結果對有限元分析進行可靠性驗證。
　　通過離心模型試驗和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論:
　　(1)SNAME推薦的理論計算方法的結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技術分析離心模型半模型試驗得到的照片得到樁靴貫入三層粘土時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時,當樁靴靠近中部硬粘土層和穿過硬粘土層時均有可能發(fā)生穿刺的危險。
　　(3)通過CEL有限