海底防沉板—桩复合基础承载特性数值分析

为了研究桩长对海底防沉板—桩复合基础在水平、弯矩和扭转荷载作用下承载特性的影响,以我国南海水深200 m的某工程实例为研究对象,利用Flac3D有限差分仿真软件建立了计算模型。研究了桩长为4 m、6 m和8 m的防沉板—桩复合基础在水平、弯矩和扭转荷载作用下的极限承载力和荷载传递机理。结果表明,桩长超过6 m时复合基础的水平承载力显著增长,在水平加载过程中,防沉板总是先达到极限状态而破坏,桩基础的贡献在加载后期体现,且桩长为4 m、8 m时,桩基础与防沉板的连接处弯矩最大;随着桩长的增加,复合基础的抗弯承载力大幅提高,桩基础对复合基础的抗弯承载力贡献增大,当桩长超过8 m,桩长的增加对提高复合基础的抗弯承载力意义不大;在弯矩加载过程中,桩长对于防沉板、桩基础的荷载分配有显著影响,桩长为4 m时,外荷载主要由防沉板承担,当桩长超过4 m时,外荷载主要由桩基础承担;当扭转荷载不超过2 100 k N·m时,防沉板承担主要荷载,直至防沉板达到极限状态而发生旋转,随后桩基础的承载力逐渐发挥;对于桩长为6 m、8 m的复合基础,其极限状态根据防沉板适用性准则确定。     

饱和软黏土中不同形状深水防沉板基础承载特性研究

防沉板基础是水下井口、管汇节点与管汇终端等的永久支撑结构,其承受的荷载具有明显的复杂性、非线性和不确定性,给防沉板基础的稳定性研究带来了巨大挑战。本文研究了在剪切强度随深度线性增长的不排水饱和软黏土中,相同用钢量条件下矩形、方形、六边形和圆形防沉板基础的承载特性。采用数值模拟方法确定了竖向荷载V、水平向荷载H(H_x、H_y)、弯矩荷载M(M_x、M_y)和扭矩荷载T联合作用下,防沉板基础在V-H、V-M、V-T、H_x-H_y、M_x-M_y、T-H和T-M荷载空间的地基承载力包络线,并建立了相应的拟合公式。研究表明,不同的基础形状对其承载力影响显著,当V较大时,适宜选用圆形基础;当H较为显著时,应选用矩形或方形基础;圆形、方形和矩形基础的抗弯特性分别适用于不同条件下M为主控荷载的情况;当T的影响不可忽视时,矩形或方形基础为首选形式,六边形和圆形基础次之。     

砂土中带裙板防沉板基础竖向承载力的上限解

防沉板是深海油气工程中水下生产系统的重要基础形式,因其埋深浅、水下施工方便等特点而具有广阔的应用前景。为了满足基础抗滑移的要求,可在防沉板底部设置裙板,裙板的存在增加了防沉板竖向承载力计算的难度。将防沉板基础简化为带裙板条形基础,考虑了内部土体与基础的相互作用,建立了竖向承载模式,即Terzaghi模式;运用极限分析法推导了该承载模式的上限解,引入了一个能够反映裙板与基础内部土体共同作用的经验参数—土体破坏率(η),其大小决定了地基中土体滑动面的范围;通过分析确定了在二维简化条件下带裙板防沉板基础的土体破坏率与基础高宽比的关系;并研究了土体破坏率不同时,地基承载力系数Nq和Nγ与土体内摩擦角之间的关系。     

黏土中防沉板—桩复合基础地震反应特性研究

为了研究海底防沉板—桩复合基础在地震荷载作用下的动力反应特性,以我国南海深水工程实例为研究对象,利用Flac3D有限差分仿真软件建立了计算模型,土体采用Mohr-Coulomb本构模型,模型底部输入EL Centro地震波,对不同桩长的复合基础进行分析计算.在该特定工程背景下,研究结果表明:随着桩长的增加,防沉板顶部加速度放大系数呈减小趋势;地震荷载下,复合基础发生震陷,沉降量在地震波加速度峰值过后趋于稳定;当桩长为6m时,复合基础的水平振动程度和震陷量最小;由于桩基础把震动能量传输到深部土层中,复合基础周围土体的加速度响应值小于远场土体.在动力时域内,防沉板与桩连接处弯矩最大,需要在此处增设加固装置.     

南海水下生产系统防沉板基础裙板贯入模拟试验与入泥阻力计算

防沉板基础裙板入泥阻力计算和长度设计是海洋工程水下生产系统基础设计的关键,基于南海番禺和荔湾地区水下防沉板基础裙板贯入模拟试验,验证了Lunne和Eide等建立的裙板入泥阻力经验计算方法对南海水下生产系统防沉板裙板设计的可靠性,确定了南海地区裙板入泥的端部阻力系数(0.320～0.360)和侧摩阻力系数(0.008～0.014 5),为南海水下生产系统防沉板基础裙板入泥阻力计算和裙板长度设计提供了依据,确保了南海地区水下生产系统的顺利安装。在工程地质调查时,既可以进行土壤钻孔取样并与已开展裙板贯入模拟试验的番禺和荔湾地区土壤组成和粒度对比,也可开展静力触探试验或裙板贯入模拟试验,得到裙板入泥的端部阻力系数和侧摩阻力系数。     

水下生产系统防沉板结构形式改进研究

防沉板是水下生产系统的重要基础形式,在海洋工程开发中有着广泛应用。基础承载能力不仅决定防沉板的适用范围,还关乎水下生产系统的稳定性与安全性。运用有限元软件ABAQUS,建立防沉板与土体的相互作用模型,通过平衡初始地应力,设置主从接触,施加重力荷载与位移约束,用Swipe法对不同结构形式防沉板进行数值模拟。比较分析多种防沉板在复合加载模式下的极限复合承载能力差异,讨论了单轴竖向承载力、V-H、H-M荷载空间破坏包络线。计算结果显示,防沉板是否有底部结构、底部结构的形式、布置以及深度对荷载位移曲线以及破坏包络线有着显著的影响。提出了通过改进防沉板结构形式以克服承载力不足的问题的建议,为拓宽防沉板的运用领域提供了参考。     

桶形基础负压沉贯特性分析

介绍了桶形基础负压沉贯的室内试验,中间现场试验,应用有限元法对负压沉贯的渗流场分析,负压对桶形基础沉贯阻力的影响,对土壤特性的影响,负压大小对桶形基础沉深,沉速的影响,研究了桶形基础在海上的可行性。     

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.     

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土壤特性的影响,同时对负压、沉南深度、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。     

桶形基础平台沉贯智能控制系统

对单片机传送的传感器数据进行处理 ,先实现对传感器运行状态的判断 ,以此为依据选择正常状态的传感器数据 ,对桶基沉贯过程进行智能控制 ,同时通过动态曲线、桶基三维姿态显示屏幕观察桶基沉贯状态。     

“二元”基坑中内支撑支护结构的三维数值分析与监测

排桩与内支撑相结合的基坑支护结构是近几年兴起并迅速发展的1种支护方式。如何通过有效控制其变形使基坑工程安全又经济,是人们不断探索的课题。本文以青岛地区某实际深基坑为研究对象,运用理正深基坑三维协同计算对基坑开挖、支护进行了整体计算。对内支撑的平面布置进行分析,提出了水平桁架式、大直径环撑辐射式、多跨压杆式不同的支撑样式对基坑的整体受力及变形的影响参考值。对本工程内支撑的支撑间距进行分析,提出了合理的支撑间距值。另外,依据有关规定制定了监测方案,对监测结果进行了整理,并与理论计算值进行比对分析,得出一些有价值的结论,可以为类似工程的设计、施工和监测提供一些借鉴。     

考虑海床变形的裸露悬跨海底管道静力分析

针对裸露悬跨海底管道,考虑线弹性海床刚度,利用梁的小挠度理论,研究管道在自重作用下的变形和内力,推导给出了未脱离海床的管道段和悬跨管道段的变形和内力公式。在跨度较大的悬跨情况下,悬跨管道段较大的向下弯曲变形可能引起海床上管道脱离海床而翘起。建立管道翘起的判定准则,对于翘起情况推导相应的计算公式,通过算例给出翘起情况下管道的变形和内力。通过计算分析发现:工程上多数悬跨是翘起情况,没有翘起的计算公式只适应于跨度较小的悬跨管道。同时翘起情况下不同海床刚度对悬跨管道无量纲内力影响不大。     

新型非黏结柔性管接头的设计和分析研究

针对传统非黏结柔性管接头安装时,由外管套扣压变形而引起的接头排气孔变形问题,研制了新型非黏结柔性管接头,不仅避免了排气孔的变形,而且提高了排气孔处的结构强度。运用ABAQUS有限元分析软件对管接头的扣压过程进行仿真分析,通过对比分析结果,验证了新型管接头的结构设计合理有效,从而为非黏结柔性管接头设计提供技术参考。     

海底管道维修管卡密封结构的性能分析及测试

密封压力是带压堵漏维修管卡的关键性能。介绍了323.9 mm(API 12英寸)维修管卡样机的总体结构及密封原理,选用接触压力准则作为管卡的密封评价准则,利用ANSYS Workbench软件建立了管卡密封结构的二维轴对称有限元模型,分析了密封结构闭环中薄弱部分在不同密封圈压缩量下的接触压力,然后试验测试了管卡样机密封圈压缩量和密封压力,并与有限元计算接触压力进行了对比。分析结果表明管卡密封结构最薄弱部分的接触压力随着周向密封圈压缩量的增大而增大,且主要是中间接触部分起到密封作用。通过试验验证了理论分析的管卡密封结构最薄弱位置,并发现相同密封圈压缩量下试验测试的密封压力与计算的接触压力近似,两者的变化趋势基本一致。有关分析思路和试验方法可以为管卡密封结构的设计提供重要参考。     

基于主成分分析法的泉州湾表层沉积物中重金属污染可能来源分析

通过测定泉州湾潮间带表层沉积物中重金属含量,并用地质累积指数（Igeo）对各重金属元素的污染状况进行了评价,发现泉州湾表层沉积物中各重金属元素污染状况可分为4类：无污染（Igeo〈0）的元素为Co（Igeo=-0.67）;轻-中度污染（0〈Igeo〈1）的元素为Cr（Igeo=0.65）、As（Igeo=0.52）、Zn（Igeo=0.75）、Pb（Igeo=0.11）;中度污染（1〈Igeo〈2）的元素为Cu（Igeo=1.58）、Ni（Igeo=1.32）、Mn（Igeo=1.08）;极严重污染（Igeo〉5）的元素为Cd（Igeo=8.70）.通过主成分分析法（PCA）进一步研究了沉积物中重金属的来源,发现前3个主成分的贡献率分别为32.884%、31.676%、21.988%.这表明重金属污染主要有3个来源：即工业点源排污;矿物开采及农业化肥农药使用的非点源污染;岩石的自然风化侵蚀过程和有机质降解产生的内源释放.同时聚类分析结果表明,调查的9个站位根据其在重金属污染程度上的差异,可分为3个大类：2～7号站位为第1类;1号站位为第2类;8、9号站位为第3类.这反映了泉州湾潮间带表层沉积物中的重金属污染物空间分布特点即重金属污染物含量由湾内向湾外逐渐降低,同时也支持了晋江和洛阳江的工业点源排污、矿物开采和化肥农药残留的非点源污染是沉积物中重金属主要污染源的分析.