板翼动力锚沉贯深度模型试验研究

板翼动力锚是依靠自重完成安装并靠自重和海床土的抗力来锚固的新型动力锚。板翼动力锚高速(15~25 m/s)贯入地基过程中涉及到高应变率、流固耦合、土体软化和大变形等难题,模型试验可避免上述计算困难,能直接得出不同的贯入速度所对应的沉贯深度。本文首先推导了模型相似关系,然后在常规重力条件下,进行了两组26个工况的板翼动力锚在均质黏土中动力安装过程的模型试验,根据试验结果确定了率效应参数的取值范围,并研究了每一项受力对沉贯深度的影响。最后提出了在均质黏土中预测板翼动力锚沉贯深度的经验公式。     

离岸裙式吸力基础在砂土地基中沉贯性研究

吸力基础是海洋工程中新型的一种基础型式,广泛应用于海洋平台、海洋浮动式结构等,近年来,也被作为浅海离岸风力发电工程的基础。吸力基础易遭受较大的水平动力荷载和弯矩,从而可能产生较大水平位移和转角;同时,由于海床冲刷,会降低其承载能力。为克服这些不足,提出了一种新型吸力基础———裙式吸力基础,把分析传统吸力基础砂土中的沉贯方法,拓广到裙式吸力基础中,研究该基础型式在砂土中的可沉贯性以及所需的吸力;并与同情况下的传统吸力基础进行了比较,证明了所提出的裙式吸力基础具有较好的沉贯性能,具有工程实践推广价值。     

粘土中吸力锚沉贯阻力与土塞形成试验研究

针对粘土中吸力锚沉贯的两个关键性问题--沉贯阻力和土塞形成过程,在自行研制的试验平台上进行一系列吸力锚沉贯室内模型试验.试验结果表明,负压抽吸对筒壁内部土体的影响较大,而对外侧土体的影响很小;由压力沉贯向吸力沉贯转换后,土体阻力会先降低,再随着沉贯的进行逐渐增大,并超过采用压贯方式的土体阻力;前期压贯深度的变化带来了不同的内部泥面下陷,这对吸力沉贯开始阶段的土塞发展影响不大,当土塞加速隆起后,压贯越深的情况土塞发展越迅速;在粘土中进行吸力沉贯时,API规范对最大容许吸力估算较为准确,但是需提供比API规范更大的沉贯吸力才能保持沉贯的进行,而且沉贯过程中土塞的高度大于由于简裙下插置换土体所带来的高度.     

筒型基础沉贯阻力估算方法

系统地总结国外有代表性工程实践对筒型基础沉贯阻力的研究 ,并将各种方法综合起来 ,提出了加权综合估算法 ,供今后的研究和工程实践参考     

海上风电吸力基础在分层土中的沉贯特性研究综述

吸力基础与海洋工程大直径钢桩相比,具有成本低、安装周期短、对环境影响小、不受海况影响及可回收再利用等优点,近年来在海上风电工程中得到推广应用。吸力基础沉贯至海床预定位置,是其发挥承载力和确保服役稳定性的前提。海床地基土体常以分层土形式分布,且各层土体强度、压缩性和渗透性等存在显著差别,导致吸力基础吸力沉贯机理非常复杂。明确吸力基础在分层土中沉贯特性,有助于指导吸力基础在海上风电工程中的推广应用。对目前吸力基础在分层土中沉贯特性研究进行综述和总结,归纳了其沉贯机理研究进展,并对影响吸力基础在分层土中沉贯因素进行了分析;提出了分层土中吸力基础沉贯的研究方向和改进的沉贯方法。     

桶形基础采油平台负压沉贯特性分析

进行了桶形基础负压沉贯的室内试验、中间试验和现场沉贯.对负压沉贯的机理进行了初步分析,结合CB20B桶形基础计量平台的现场测试数据,研究了负压对桶形基础沉贯阻力的影响及对土壤特性的影响,同时对负压、沉贯深度、沉贯速度之间的关系进行了总结.在此基础上,提出了改进的计算沉贯阻力的经验公式.     

新型动力安装锚水动力学特性模型试验研究

相比于已有动力锚(鱼雷锚、多向受荷锚等),新型轻质动力安装锚借助助推器安装,具有质量轻、埋深大、承载效率高、在海床中下潜容易等特点。良好的水动力学特性(较小的拖曳阻力系数及稳定的下落垂直度)是确保动力安装锚准确、有效地安装到指定地点并贯入到设计深度的前提。通过4组10个工况的模型试验,研究了轻质动力安装锚的终端速度和拖曳阻力系数,及轻质动力安装锚和助推器的组合锚在水中自由下落时的方向稳定性。试验结果表明:优化后轻质动力安装锚的拖曳阻力系数为0.51~0.55,这有助于提高组合锚在水中的下落速度,从而提升组合锚的沉贯深度;增大助推器尾翼展弦比和选用轻质材料制作尾翼能减小组合锚的下落偏角,提高组合锚的方向稳定性。     

组合动力锚水动力特性数值模拟研究

作为海上浮式结构物的一种新型锚固基础,动力锚具有自安装、不受水深影响、适用范围广的特点。在动力锚的基础上研发的组合动力锚结合了动力锚自安装和板锚法向受荷的特点,具有安装快速、适用多种类型海床、承载效率高等性质。组合动力锚在水中自由下落时的水动力学特性（下落速度、方向稳定性等）会受到锚链、尾翼宽度和助推器质量等因素影响。若下落速度过小或方向稳定性过差,则会影响锚的安装成功率。采用计算流体动力学方法模拟流体对锚的冲击和锚在水中自由下落过程,以优化组合动力锚的尾翼尺寸;其次研究锚链作用力和助推器质量对组合动力锚下落速度和偏角的影响规律。计算结果表明：组合动力锚的拖曳阻力系数为0.45左右,尾翼宽度最优尺寸为翼板宽度的1.25倍。连接在锚眼处的锚链会减小组合动力锚的下落速度并加剧锚的偏转,需综合锚的下落速度和偏角来确定锚在水中下落高度。     

陆架斜坡对内孤立波的动力响应特性试验研究

针对内孤立波在行进过程中遇到海底斜坡会对海底产生力的作用,不同坡度斜坡对内孤立波的动力响应应该存在差异。本文通过水槽中制造内波,对不同角度的斜坡对内孤立波的动力响应过程进行了研究。结果表明,内孤立波通过陆架斜坡上方,会造成斜坡沉积物超孔隙水压力的积累;在相同振幅条件下,缓坡沉积物动力响应的幅度比陡坡沉积物大;随着振幅的增加,缓坡发生动力破坏程度大于陡坡;在斜坡沉积物稳定性受到破坏之前,超孔隙水压力的积累和释放同时存在,内孤立波振幅的增大会加剧超孔隙水压力的释放。该结果对于斜坡沉积物在内孤立波作用下失稳破坏的动力学研究和斜坡稳定性分析将起到指导作用。     

水射流辅助动力沉桩技术研究

水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩是一种有效处理土塞问题使桩达到标准贯入深度的辅助沉桩方法,而该项技术的关键是水射流对桩内土塞的破坏。借助理论分析、数值模拟和模型实验进行水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩研究。首先进行射流破坏土塞理论分析,定性地说明水射流破坏土塞能力与水射流压力、流量等参数有关;然后对不同形状喷嘴形成的射流的破坏土塞能力进行数值模拟,得到六种喷嘴射流作用下土塞内的最大、最小应力;再通过模型实验对有无射流辅助沉桩的沉桩锤击数进行对比,结果表明水射流辅助沉桩的锤击数少于无射流辅助沉桩的锤击数,说明水射流可用于辅助动力沉桩。最后设计出水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩工艺步骤。     

霍尔锚抛锚深度模型试验研究

河床或海床中会布设光缆、管线、隧洞等结构物,如果该水域上有船只抛锚,就要考虑抛锚对结构物安全的影响。通过模型试验探究了霍尔锚在黏土中的抛锚深度,研究了贯入速度、锚重以及土强度对抛锚深度的影响。在模型试验中,用MEMS加速度传感器捕捉锚在土中运动时的加速度,并由加速度积分得到锚的下落速度及对应的下落位移。模型试验结果表明:当霍尔锚以极限速度贯入软黏土中时,17.8 t锚在强度为7.5 k Pa土中的贯入深度为4.0 m; 42 t锚在强度为8.3 k Pa的土中贯入深度为6.7 m。根据试验结果建立了霍尔锚在土中动力贯入时的运动微分方程,分析了作用在锚上的各项受力,并预测了抛锚深度。此外,根据模型试验结果,建立了抛锚深度和锚的总能量之间的经验公式。     

霍尔锚在粉细砂中抛锚深度模型试验

航船应急抛锚时锚板贯入土体可能会影响河床或海床中的结构物甚者造成破坏,因此在通航频繁的航道,结构物埋深的设计需要充分考虑应急抛锚时锚板的贯入深度。本文通过缩尺模型试验模拟了霍尔锚在中等密实度粉细砂中的抛锚贯入过程,研究了不同抛锚速度(1.15～4.4 m/s)及粉细砂相对密实度(0.45～0.65)对抛锚贯入深度的影响;基于太沙基极限承载力理论和能量守恒定律,推导出霍尔锚在粉细砂土中贯入深度的表达式,与模型试验结果对比显示理论计算结果偏于保守。基于试验结果提出修正系数,修正后的理论公式能够较好地快速预测霍尔锚在中等密实度粉细砂中的贯入深度。研究结果为粉细砂土河床或海床中的结构物埋深设计提供了一定的技术参考。     

板翼动力锚水中自由下落过程数值模拟

板翼动力锚是依靠自重完成安装并靠自重和海床土的抗力来锚固的新型动力锚。板翼动力锚在水中自由下落的阻力决定了锚到达海床表面时的速度,进而直接决定了锚贯入海床中的深度以及它能提供的承载力。板翼动力锚的形状比较复杂,采用计算流体动力学的方法研究板翼动力锚的下落速度、水平位移和转角与下落位移的关系。计算结果表明:板翼动力锚的拖曳阻力系数约为0.93~1.12之间;在沉贯过程中应使加载臂与翼板共面以减少阻力;板翼动力锚的终端速度约为28 m/s。     

动刚度和动力触探在强夯地基检测中的应用

随着碎石土强夯地基的推广应用，解决如何对其进行快速有效地检测，提供其准确的强度及变形参数问题，具有重要的经济及安全意义。提出了一种利用平板静力载荷试验、动力触探、地基动刚度测试三种基本手段，建立相关数学模型，主要应用后两种手段进行联合检测的新思路。并将相关数学模型以经验公式的形式进行了总结，对碎石土强夯地基的检测具有指导意义。     

桶形基础负压沉贯过程中的比尺效应试验研究

通过对7个不同材料及大小的模型桶基在粉土中的负压沉贯实验过程中的沉贯速度、沉贯负压、桶内表层土中产生的渗流梯度和桶内土塞率的大小的比较,揭示了比尺不同的桶基对贯入过程的影响,为桶基设计和施工提供依据。     

Experimental investigation of the keying process of OMNI-Max anchor

ABSTRACT

The OMNI-Max anchors are newly developed dynamically installed anchors for deep water mooring systems. After installation, the anchor is keyed to a new orientation and position by tensing the attached mooring chain, which is known as the “keying process”. This study conducted 1g model tests to study the trajectories and capacity developments of OMNI-Max anchors in homogeneous and lightly overconsolidated (LOC) clays. A testing arrangement was designed to simulate the anchor keying process with a constant pullout angle at the mudline. A half model anchor which could move against the box glass was used to determine the anchor trajectory in the soil. The effects of padeye offset angle, uplift angle at the mudline, anchor fluke thickness, anchor initial embedment depth, and soil strength on the anchor trajectory and capacity were systematically investigated. Moreover, the critical uplift angle at the padeye and the anchor critical initial embedment depth were discussed. The results indicate that the anchor can dive both in homogeneous and LOC clays under certain conditions. A padeye offset angle of 24–30° is recommended for the OMNI-Max anchor to maintain high capacity and diving trend simultaneously. Besides, the anchor diving trend can be improved with small uplift angles at the mudline and with thick anchor flukes. A critical initial embedment depth of 1.3 times the anchor length is recommended to preclude the anchor from being pulled out.