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《大连理工大学》 2007年
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纺锤型基础在双层土中的承载力数值模拟研究

高博  
【摘要】: 自升式海洋平台广泛应用于海洋油气开发中,一个典型的自升式平台是由三个独立的桩腿支撑,每个桩腿下安装有独立的基础,这个基础通常为倒着锥形,这种锥形基脚就叫做纺锤型基础(spudcan)。在最近20年中对于纺锤型基础的承载力研究受到国内外海洋工程界的广泛关注。然而对其工作机理与施工技术的研究仍落后于工程实践。海底土常为多层土交叠状态,这种层状地基土的承载力计算和分析比单一土层要复杂许多,目前针对这类成层地基的承载力研究工作进行的很少。 本文首先总结了目前国内外对于纺锤型基础在成层土层中承载力研究的现状,然后应用AFENA有限元软件,采用Mohr—Coulomb弹塑性本构模型对双层粘土中纺锤型基础的极限承载力进行了二维有限元分析。在有限元分析中,着重考虑了上层土的强度、上下土层的强度比、上层土的厚度和土的自重对承载力的影响,主要结论如下: (1)对于上强下弱型的双层粘土,承载力首先是受上层土强度的影响,并随着基础贯入深度的增加,承载力逐渐提高。当基础接近下卧软弱土层时,承载力就会减小,这时就得考虑下层软弱土层对承载力的影响。当基础贯入到土层中某个深度时,承载力达到最高值,然后随着基础继续贯入,承载力会突然的下降,这时基础就很可能会发生“穿刺”破坏。 (2)通过对承载力的分析,发现“穿刺”破坏是与上层土的强度、上下土层的强度比、上层土的厚度和土的自重有关。在上层土强度和厚度一定时,上下土层的强度比越大“穿刺”破坏发生的深度越大;在上下土层强度比一定时,随着上层土厚度的增加,基础发生“穿刺”破坏发生的深度也越大。研究发现基础在贯入土层中0.8-1.5倍的基础直径的范围内很可能发生“穿刺”破坏,“穿刺”破坏并不是发生在土层分界面处。通过计算,给出基础在成层土中发生“穿刺”破坏的经验公式。 (3)通过有限元数值分析,给出了基础在贯入土层过程中土体的流动机制。发现基础在贯入土层中有三个主要阶段的流动机制:在基础贯入土层的初始阶段,土体向上流动,土层表面向上隆起;随着贯入深度的进一步增加,下层土层开始向上流动;当基础完全贯入到土中,上层土体向下流动,土层表面也向下变形。 (4)对于基础贯入到土层中,基础周围通常会形成一个孔洞,在基础贯入的初始阶段,该孔洞的高度很小,当下层土层流过基础最大直径处时,这个孔洞的高度达到最大值,随着基础贯入深度的继续增加,这时孔洞的高度逐渐减小,最终达到一个稳定值。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:U656.6;U655.54

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1 高博;纺锤型基础在双层土中的承载力数值模拟研究[D];大连理工大学;2007年
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