自升式钻井平台重复就位滑移分析及控制

自升式钻井平台在东海的作业量随着西湖地区勘探开发的不断发展而在增加。因受台风影响及在同一地点多次作业的原因,自升式钻井平台不可避免地会在上一次作业位置附近重复作业,引起桩靴滑移现象,可能造成就位后悬臂梁覆盖能力下降,无法满足钻井作业需求,甚至影响平台结构安全,造成工程事故,大大增加了作业风险。本文以H9自升式钻井平台桩靴为例,分析了桩靴部分重合工况下的受力特点,研究了海底土体破坏形式,提出了不同类型土质条件下的桩靴水平力计算模型,并利用滑移线有限差分法近似计算桩靴极限载荷。对H9平台在现场重复就位时采取的措施进行了分析,并根据海上作业要求提出了一系列安全控制措施,为安全高效地实现平台重复就位提供了参考。     

插拔桩靴对临近桩靴承载力的影响研究

自升式钻井船桩靴的插拔过程将会对临近井口平台的桩靴基础产生不利影响。开展了室内模型试验研究,将试验结果与理论分析结果相结合,得到了桩靴插拔的影响范围及影响范围内土体强度的变化规律,并推导了桩靴插拔影响区内临近桩靴承载力的计算方法,与模型试验结果进行了对比验证。研究表明,桩靴插拔后砂土相对密实度降低,其降低程度随距桩靴距离的增加而逐渐减小,影响范围约为1倍桩靴直径。受桩靴插拔影响,临近桩靴的承载力下降,降低比例随两桩靴相对间距的增大而减小,随桩靴相对插深的增加而增加。当两桩靴相对间距大于2倍插拔桩靴直径时,可认为桩靴插拔对临近桩靴基础承载力无影响。     

“老脚印”对自升式钻井平台插桩滑移的影响研究

渤海海域自升式钻井平台作业频率高,在同一区块多次插桩作业情况多,为自升式平台插桩作业带来严重的滑移风险。通过建立常用的两种类型桩靴的有限元分析模型,采用模拟计算和对比分析的研究方法,对在“老脚印”不同距离位置插桩时,桩基土体的塑性破坏特性、运移规律及桩靴所受侧向滑移力进行了模拟研究,得出了在不同土质条件下,桩基土和桩靴的受力特性及规律,分析了不同位置的“老脚印“对自升式平台插桩滑移风险的影响。     

钻井船拔桩对筒基平台稳定性影响的敏感分析

利用通用的有限元程序ANSYS软件,以渤海8号自升式钻井船和歧口17-2筒型基础平台为对象,采用三维8节点的块体等参元和Drucker-Prager模型,分3步模拟了钻井船桩靴的拔出过程,并在钻井船桩靴与筒型基础筒体之间距离一定的情况下,考虑土性参数的敏感性,就桩靴在拔出过程中对筒型基础平台地基强度以及筒体变位的影响进行了三维有限元分析。分析结果表明,随着筒土相对刚度的减小以及内摩擦角、黏聚力的增大,钻井船拔桩对平台地基承载力的影响逐渐减小;就土性参数中弹性模量、内摩擦角以及黏聚力对筒边地基土体承载力的影响而言,弹性模量和内摩擦角的影响规律更为明显。     

考虑桩靴贯入对邻近群桩效应影响的分析方法

为考虑钻井船插桩对邻近平台群桩相互作用的影响,以海洋平台群桩设计中使用的修正Poulos法为基础,提出了一种考虑桩靴贯入影响的群桩分析方法。该法基于非线性地基梁模型确定桩靴贯入土层时单桩桩头位移;依据桩同时承受桩头荷载与土体位移时对应的地基反力系数确定土层的弹性模量,进而在Poulos群桩相互作用分析理论框架内,分析桩靴贯入对群桩相互作用的影响,确定桩靴贯入过程中由于群桩相互作用导致的附加桩头位移及相应的群桩桩头位移;依据群桩桩头位移,确定考虑桩靴贯入影响的群桩p-y曲线Y因子及相应的p-y关系。为了说明分析方法的可行性,进行了桩靴贯入砂土时对邻近单桩和群桩相互作用影响的离心模型试验,方法预测与试验结果基本一致,从而验证了方法的合理性。对于文中的工况,桩靴贯入没有导致群桩p-y关系进一步弱化,此时采用桩靴贯入前的群桩p-y关系确定考虑桩靴贯入影响的群桩响应,得到的结果偏安全。     

钻井船插桩CEL数值模拟中的若干问题分析

依据模拟钻井船在不同场地条件下贯入阻力的离心模型试验结果及具体工程实例,对利用耦合欧拉-拉格朗日（CEL）有限元方法模拟钻井船在黏土、砂土、黏土下覆砂土、砂土下覆黏土及成层土场地插桩过程时,影响贯入阻力计算结果的几个因素进行了研究。结果表明,对于不同土层场地条件,有限元模型中欧拉区域范围对贯入阻力几乎没有影响。为确保CEL数值结果的精度,有限元建模时靠近桩靴部分设置为细网格区域,以外区域设置为粗网格区域;对于不同土层场地条件,减小细网格尺寸及增大细网格范围可以减小贯入阻力的振荡情况;经比较总结,细网格尺寸建议取0.05倍桩靴直径,细网格范围建议取2倍桩靴直径。采用位移控制模拟钻井船插桩时,桩靴贯入速率对黏土场地的贯入阻力影响较小,对砂土下覆黏土场地的贯入阻力影响很大,对一般成层土场地的贯入阻力有一定影响。经比较总结,建议在研究钻井船在不同土层场地的计算贯入阻力时,有限元模型的桩靴贯入速率取0.2 m/s。     

现浇混凝土薄壁管桩复合地基桩土应力比影响因素分析

桩土应力比是复合地基设计计算中一个重要参数。基于盐―通高速公路单桩复合地基静载试验,通过有限元模拟,研究了褥垫层模量和厚度、桩体模量、桩长、基础刚度等影响因素对现浇混凝土薄壁管桩复合地基桩土应力比的影响。结果表明所建立的模型是合理的。褥垫层模量增大或厚度减小导致桩土应力比增大,桩体模量、桩长和基础刚度的增加可使桩土应力比增加。     

考虑坡度效应的水平受荷桩应变楔计算方法

由于坡度效应的存在,常规方法并不适用于斜坡上水平受荷桩的计算,首先开展了斜坡上基桩的横向加载破坏试验,以确定斜坡上基桩的破坏模式。在此基础上,沿坡体方向对破坏土楔体进行斜向单元划分,提出了考虑坡度效应的土体应变楔模型,对于其中的关键参数应变楔深度与应变楔土体应变采用迭代求解。迭代过程中,建立基桩横向受荷的桩-土相互作用方程并用有限杆单元法求解,当求解得到的桩身地面处位移与应变楔模型中地面处土体位移之差小于某一允许值时,得到的基桩的水平位移及内力即为最终解答。通过与试验测试数据的对比,验证了该方法的合理性。最后,将土体破坏深度与边坡斜率的比值定义为陡坡效应影响范围,并对其影响因素进行了对比分析。结果表明,陡坡效应的影响范围受土体强度参数及基桩尺寸等多因素影响,其随着桩径的增加而减小,且随土体强度的增强而减小。     

考虑桩土效应的双排桩模型及参数研究

双排桩作为一种新型的深基坑支护结构,目前尚无简单而有效的设计方法。首先,借助Winkler地基梁基本思想,在忽略桩土竖向摩擦效应及空间效应的前提下,对双排桩支护结构力学机制进行分析,建立了考虑桩土效应的双排桩平面杆系有限元模型。接着围绕双排桩平面杆系有限元模型的关键参数土压力分布及弹性抗力系数展开了研究,针对连梁拉力将使传统的坑后土体滑移面临界距离增加特征,利用滑动比例系数法获得了土压力分配规律;针对弹性抗力系数正分析取值不确定性,提出了采用位移反分析优化方法获得弹性抗力参数的取值。最后,根据杆系有限元及反分析中位移最优准则函数的求解步骤,分别编制了doublerowpile及doublerowpileparameter计算程序,并进行了相应的工程计算,工程计算结果表明,计算位移与监测位移趋势一致,计算内力符合规范要求,且能较准确获得弹性抗力系数取值。     

启东某场地自升式平台插桩可行性试验研究

桩靴接触应力是影响插桩深度的主要因素之一,桩靴的锥尖型式可能会影响接触应力的大小及分布。以江苏省启东市某插桩试验项目为例,针对不同的桩靴端部型式基于桩靴接触应力现场实测数据,分别采用国内外规范方法及数值计算方法对插桩深度开展预测分析,揭示桩靴端部型式对插桩深度的影响规律。结果表明：在插桩过程中不同锥端类型桩靴的接触应力呈现出中央大周边小的分布特征,表明现场桩靴为柔性结构类型;采用不考虑桩靴端部形状的规范方法进行桩靴插深预测,得出的预测结果同现场实测结果基本吻合;采用小变形有限元数值方法进行插深预测也可以得出令人满意的结果,研究结果可为类似工程实践提供参考。     

黏土中自升式钻井船插桩对邻近桩基影响的分析方法

自升式钻井船是广泛用于浅、中水域油气资源开发的重要设施,经常紧邻固定式导管架平台进行作业。钻井船插桩就位过程中大量土体被排开,挤土效应会导致邻近导管架平台桩基承受很大的附加荷载,影响平台的正常设计性能,该效应在黏土中尤为显著。针对黏土中钻井船插桩对邻近桩基的影响这一实际问题,现有规范和分析方法存在明显不足。为此,建立了一套数值分析方法,把这一复杂问题分解成相对独立、简单的两个方面进行分析：一是采用任意拉格朗日-欧拉（ALE）数值方法,计算自由场地插桩周围土体产生的位移场;二是利用桩基水平力与位移关系曲线,即P-Y曲线,采用杆系-土弹簧的传统方法计算土体位移产生的桩体加载。通过与已有离心试验数据的比较,验证了该方法的可靠性和适用性。研究揭示了自由场地土体的变形模式和流动机制,阐明了由于插桩邻近桩基产生的附加荷载变化规律,特别是发现了黏土变形参数 对插桩引起的自由场地土体位移场有显著影响,但对插桩引起的桩基加载影响较小。最后,针对导管架对桩基的桩头约束条件和插桩及导管架自身对桩基的线性叠加加载适用性问题给出了详细说明。     

Centrifuge study of lattice legs effect on spudcan fixity under cyclic combined loading conditions

Acta Geotechnica - In the design of offshore jack-up rigs, it is commonly assumed that the lattice legs have no effect on the fixity and other foundation behavior of the spudcan, presumably because...     

城市垃圾填埋场振动台试验的数值模拟研究

对填埋场振动台模型试验进行非线性数值分析,并与试验结果相互补充、印证,进一步考察填埋场的地震响应规律。研究表明,特殊的夹层结构形式导致水平地震作用下城市垃圾填埋场存在两个主要的响应频率,在这两个主要频率附近模型顶部取得峰值加速度响应;不考虑其他因素的影响,填埋场防渗层的地震永久位移与输入地震动的水平位移振幅近似呈正比关系;坡比是影响填埋场覆盖层和衬垫层永久位移最主要的因素。     

“硬-软-硬”三层黏土上圆形基础的承载力分析

海洋浅基础设计所遇地层条件通常由于基础大尺寸的特点而涉及多土层剖面,其中“硬-软-硬”三层黏土是最常见的地层条件之一。现行海洋浅基础设计常用的API和ISO规范尚无针对“硬-软-硬”黏土竖向承载力的计算方法。本文基于自升式平台基础设计规范推荐的“bottom-up”预测模型,假定“硬-软-硬”黏土上基础的承载力为“硬-软”黏土冲剪破坏产生的侧向摩阻力与“软-硬”黏土挤压破坏提供的承载力之和。通过有限元模拟分析,验证了“bottom-up”方法所假定破坏模型的合理性,但由于规范推荐的相关公式忽略了上覆土层对挤压破坏模式的影响,使其严重低估了“软-硬”黏土挤压破坏产生的承载力。基于变参数有限元分析结果,本文对挤压破坏承载力公式进行了修正,提出了“硬-软-硬”三层黏土上圆形基础竖向承载力的预测方法。     

峰值强度与残余强度对边坡加固的影响研究

现有的边坡加固方案中,基本上都是用岩土的峰值强度来确定边坡的临界滑面和锚固长度。实际上,边坡出现滑动后,滑面保持残余变形和抵抗外部载荷的能力出现了衰减,滑面上的强度只是残余强度,采用一种混合方法进行边坡加固,即用峰值强度来确定边坡的临界滑面,用残余强度来确定锚固长度。研究表明,采用混合方法对边坡进行加固可以提高边坡加固工程的安全性,具有较大的实际意义。     

The effect of strength anisotropy on the bearing capacity of spudcan foundations

The vertical bearing capacity of spudcan foundations in strength anisotropic soils is investigated numerically using the MIT-S1 model implemented in the AFENA finite element package. The model in AFENA is validated against existing laboratory test data of normally consolidated soil. The bearing capacities of spudcans in soils with isotropic and anisotropic strengths are compared. Soil with isotropic strength is simulated using an elasto-plastic model. It is found that the bearing capacity of a spudcan in an anisotropic soil is reduced by about 9% for a rough spudcan and 3% for a smooth spudcan on average. There is a combined effect of soil anisotropy and spudcan roughness on the spudcan bearing capacity. Moreover, the effect of the pressuremeter strength of an anisotropic soil on foundation capacity can’t be ignored.     

An Experimental and Theoretical Approach on the Modeling of Sliding Response of Rock Wedges under Dynamic Loading

The stability of rock slopes under dynamic loading in mining and civil engineering depends upon the slope geometry, mechanical properties of rock mass and discontinuities, and the characteristics of dynamic loads with time. The wedge failure is one of the common forms of slope failures. The authors presented some stability conditions for rock wedges under dynamic loading and they confirmed their validity through the laboratory experimental studies in a previous paper in 2000, which is often quoted by others to validate their softwares, including some commercial software. In this study, the authors investigate the sliding responses of rock wedges under dynamic loads rather than the initiation of wedge sliding. First, some laboratory model tests are described. On the basis of these model tests on rock wedges, the theoretical model proposed previously is extended to compute the sliding responses of rock wedges in time domain. The proposed theoretical model is applied to simulate the sliding responses of rock wedge model tests and its validity is discussed. In the final part, the method proposed is applied to actual wedge failures observed in 1995 Dinar earthquake and 2005 Pakistan–Kashmir earthquake, and the results are discussed.     

基于主应力迹线分层的挡墙被动土压力分析方法

为了探讨墙背倾斜与粗糙程度对挡墙被动土压力的影响,首先,结合被动状态下受挡墙墙背和滑动面摩擦影响的滑动土楔内主应力传递特点,采用圆弧形主应力迹线描述滑动土楔中最大主应力传递规律,并提出了最大主应力迹线几何参数的确定方法;然后,采用沿最大主应力迹线的分层方法将挡墙后滑动土楔划分为若干圆弧形曲线薄层单元,并通过该薄层单元受力分析,依据其静力平衡条件建立了挡墙被动土压力分析新方法。该方法不仅可反映墙土摩擦和墙背倾斜程度对被动土压力的影响,而且有效避免了目前土压力分析方法研究中普遍采用的直线薄层单元难以准确考虑复杂的单元实际受力情况的问题,从理论上确保了新提出的挡墙被动土压力分析方法更具合理性;最后,通过试验、现有同类方法及所提方法分析曲线的对比,表明了新方法的合理性与优越性。就墙背倾斜与粗糙程度对挡墙被动土压力分布及合力作用点高度的影响规律也进行了探讨。