自升式平台插桩物理模型实验及分析

研究自升式平台插桩过程的土体运动滑移以及土体变形规律,对合理评价自升式平台桩腿及桩靴的稳定性有重要的意义。以自升式平台插拔桩为工程背景,基于自主研发的＂流固土多项耦合六自由度单双向静动态加载仪＂,对砂性土海床进行比尺实验,利用物理手段研究平台插桩过程中土体与桩靴耦合作用机理。实验中给出了海床插桩入泥深度与地基承载力的曲线,并且推导出砂土力学性质随桩靴深度变化公式。实验的破坏特征与海洋砂土地基实际破坏一致,说明了模型试验的正确性,同时也为层状穿刺试验提供了实验基础。     

自升式平台在多层土质上地基承载力计算

基于工程应用较为广泛的单层土的地基承载力的计算方法,提出一种多层土中地基承载力的计算方法,采用从底至上的逐步双层土修正。与实测数据对比分析表明,吻合较好。该方法能够较好地解决自升式平台在多层土质上插桩深度计算问题,并对挤压和穿刺问题进行较好的预测。     

自升式平台桩靴强度分析

合理的桩靴设计是立插桩式海洋自升式平台在海上安全工作的关键因素之一。以某自升式海洋平台桩靴为研究对象,利用规范和SACS软件对桩靴结构设计进行强度校核和屈曲强度分析,并对桩靴的承载力和计算方法进行研究。     

自升式平台特殊工况插桩作业风险分析

随着自升式海洋平台应用日趋广泛,平台插桩地基情况日趋复杂,对平台插桩作业风险分析难度加大,本文选择一种特殊岩石基础插桩工况进行风险分析,为工程施工提供建议。     

具桩靴自升式钻井船插桩过程有限元模拟研究

在评价具桩靴自升式钻井船的插桩深度及承载力时,包括浅基础、桩基础在内的多种计算方法均有各自的适用条件和局限性。应用有限元数值模拟方法,分别研究了桩靴在均质黏土和均质砂土中贯入一定深度时的地层响应情况,取得了桩靴贯入过程中地基土破坏形式、荷载影响深度、不同公式的适用性等多方面认识。在均质黏土中,随着插桩深度的增加,地基土先后经历了整体剪切破坏、局部剪切破坏、冲剪破坏三种破坏形式;在均质砂土中,地基土的破坏形式主要表现为整体剪切破坏。插桩荷载的影响深度约为3倍桩靴截面宽度。浅基础公式的计算结果与有限元模拟成果更为接近。     

南海海域地质参数变化对地基承载力的影响及穿刺评估

地质参数的正确选择对平台安全操作有重要意义。针对某自升式海洋平台所处南海海域地质土层,利用数值比较法对砂的内摩擦角Φ以及粘土不排水抗剪强度Su等地质参数进行研究。通过地质参数前后系数的改变在地基承载力计算结果的体现,比较数值得出结论,并通过地基承载力插桩曲线评估该土层发生穿刺危险的可能性。结果表明:将砂土内摩擦角降低5°,按实际的土层强度参数进行地基承载力计算和插桩深度预测,计算结果与实际平台操作结果接近,并且选取1.5的安全系数计算和评估穿刺危险也是可行的。     

地质参数对地基承载力的影响以及土层穿刺评估

地质参数的正确选择对平台安全操作有重要意义。本文针对某自升式海洋平台所处南海海域地质土层,利用数值比较法对砂的内摩擦角以及粘土不排水抗剪强度等地质参数进行研究。通过地质参数前后系数的改变在地基承载力计算结果的体现,比较数值得出结论,并通过所画土层的地基承载力插桩曲线评估该土层发生穿刺危险的可能性。结果表明：采用将砂土内摩擦角降低5°、按实际的土层强度参数进行地基承载力计算和插桩深度预测,计算结果与实际平台操作结果接近以及选取1.5的安全系数计算和评估穿刺危险是可行的。     

自升式平台层状地基条件下插桩过程数值模拟研究

对于采用独立式桩靴结构的自升式平台,桩靴的入泥深度是保障平台安全作业的关键问题之一。采用ABAQUS软件的Explicit求解器,以位移增量步方式计算地基极限承载力;在施加初始地应力场的前提下,引入无限元边界处理方法,考虑了土壤无限大边界条件的影响,并使用ALE自适应网格技术有效地解决了土壤模型的大变形问题;最后,将有限元计算与经验公式计算进行比对分析。结果表明,在一定预压载荷条件下,有限元计算结果能较全面精确地反映插桩结果,弥补经验公式考虑参数单一、无法解决层状土承载力之间不连续问题以及无法动态模拟插桩过程的不足。     

漂浮状态下自升式风电安装平台桩腿对接建造技术

现有的自升式平台均在船坞内完成桩腿拼接,但受大桥限高以及码头海域地基承载力不足等影响,自升式海上风电安装平台可能需要在漂浮状态下完成桩腿对接。针对此,开展自升式风电安装平台在浮态下的桩腿对接建造技术研究,给出相应的总体建造方案,在此基础上建立浮态桩腿对接建造工艺,以对后续平台和其他类似的平台建造提供参考。     

自升式钻井平台插拔桩技术发展现状及趋势

针对自升式钻井平台在插桩和拔桩过程中面临的土工问题,系统地梳理插桩和拔桩涉及的关键技术。分析插桩过程中的土工试验技术、土体破坏机理、上硬下软地层承载力和桩脚滑移问题;阐述拔桩过程中的拔桩阻力计算方法和减小拔桩阻力方法的研究进展情况。在此基础上,根据目前面临的新挑战,提出今后自升式钻井平台插拔桩技术研究的重点,并预测其发展趋势。     

Aspects of the stability of jack-up spud-can foundations

A three-level procedure for assessing jack-up foundation stability for more or less homogenous soils is described. The objective is to provide a rational framework for these assessments that ensures their safe operation in extended year-round operations and enables their use in deeper waters than at present.

The three levels of the procedure have to be entered successively as long as foundation stability cannot be proven. The first level is a screening exercise and essentially replaces the well-known preload check. The second level compares factored foundation loads resulting from a structural analysis with foundation capacities obtained with ultimate bearing capacity formulae. The most refined third level assesses whether the displacements associated with these loads lead to an acceptable situation, i.e. capacity increase and/or load redistribution that does not result in collapse of the jack-up unit.

Since, for maximum benefit, this third-stage analysis requires a non-linear foundation model to be linked with the structural package used: such a tool is provided in the paper. Examples are given to demonstrate the impact of the assessment procedure.

This procedure forms part of the overall in-house approach to the assessment of jack-ups and has already been offered to the jack-up industry as part of the continuing efforts towards establishing common and accepted standards for jack-up assessments. Further developments have been identified and will be pursued.     

121.92m（400ft）自升式钻井船极限水深条件下插桩预测

根据南海121.92 m（400 ft）水深海域的海底土质特性,利用静力触探试验测试结果预测海底土的承载力,进而确定自升式钻井船插桩深度范围。结合理论计算和现场实际,得出南海121.92 m（400 ft）水深海域的自升式钻井船桩腿入泥深度数据库。     

The undrained bearing capacity of a spudcan foundation under combined loading in soft clay

Mobile jack-up drilling rigs are typically supported by individual, large diameter spudcan foundations. Before deployment, the suitability of a jack-up to a location must be shown in a site-specific assessment under loads associated with a 50-year return period storm, which ultimately need to be resisted by the foundations. The capacity of the spudcans under combined vertical, horizontal and moment loading is therefore integral to the overall site-specific assessment of the jack-up.In soft clays, spudcans can penetrate deeply into the seabed, sometimes up to several footing diameters, with soil flowing around the downward penetrating footing, sealing the cavity. Although this is generally believed to provide some additional bearing capacity to the footing, no detailed study or formal guidance is available to date. This study, therefore, investigates the influence of soil back-flow on the failure mechanisms and quantifies the effect on the capacity of a spudcan under general loading through finite element analyses. A closed-form analytical expression is developed that describes the capacity envelope under combined loading, applicable to embedment depths ranging from shallow to deep.     

离岸深水全直桩码头竖向承载特性有限元数值模拟

建立结构-地基相互作用三维弹塑性有限元模型,分析软土地基上离岸深水全直桩码头竖向承载特性与失稳模式。通过研究得出,竖向荷载作用下,该结构竖向承载特性及失稳模式与土体强度密切相关。当地基较软时,结构竖向极限承载力由地基土体强度决定;当地基较硬时,结构竖向极限承载力由桩身及土体强度共同控制。为此,在进行该类结构设计时,应充分考虑软土地基软化效应等可能降低土体强度的不利因素对结构竖向承载特性及失稳模式的影响。     

自升式平台作业适应性分析

自升式平台在较大水深海域及恶劣环境条件下的作业安全性受到威胁,常规的作业适应性分析方法不能满足科学决策的需要,为此研究了平台整体安全性能与作业区域环境条件的匹配性.以海洋石油HYSY93*平台为例,通过作业水深适应性、桩基稳定性、结构完整性等分析,研究平台适应性评估的分析方法.结果表明,该平台在某海域只适合于非台风季作业。     

半圆型防波堤地基承载特性的有限元数值分析

半圆型防波堤是适用于软土地基的轻型重力式结构,地基承载特性是工程应用中需解决的重要问题。以大型通用有限元软件ABAQUS作为分析平台,建立了波浪荷载作用下半圆堤结构的弹塑性有限元分析模型。结合工程实例,分别参照地基极限承载力、结构允许变位判别标准对半圆堤的地基承载特性以及影响因素进行了有限元数值分析,并与汉森公式计算结果进行比较。结果表明:基于允许变位判别标准下的地基承载力分析结果相对安全,地基极限承载力计算的有限元结果与理论公式结果基本吻合,证实了汉森公式对半圆堤结构的适用性。进一步利用有限元方法分析了地基土强度、基础宽度、加固深度等因素对地基承载力的影响。