各向異性黏土中吸力式沉箱水平承載力有限元分析.pdf

1、吸力式沉箱是一種頂端封閉的薄壁、大直徑桶形基礎(chǔ)設(shè)施，常用于系泊深海浮式石油平臺。自1981年歐洲北海GORM油田開發(fā)中首次采用這種新型基礎(chǔ)形式以來，至今共有485座以上的吸力式沉箱分布在全球50多個海域。 作為浮式平臺基礎(chǔ)的吸力式沉箱通常承受水平方向的拉力。迄今為止眾多國內(nèi)外學(xué)者運用模型實驗、極限分析和有限元等方法對水平荷載下吸力式沉箱或桶形基礎(chǔ)的穩(wěn)定性進(jìn)行了探討分析，但他們側(cè)重于對各向同性土體及細(xì)長沉箱的研究，忽略了土體各向異

2、性特性及粗短沉箱被廣泛應(yīng)用近海海域這一實際情況。 本文從兩個方面來擴(kuò)充對吸力式沉箱的研究：將強度更新算法與修正Hill各向異性模型相結(jié)合，模擬各向異性土體中吸力式沉箱與土體的相互作用；考察水平荷載下粗短沉箱和細(xì)長沉箱的極限承載力，分析沉箱長徑比、土體重度和旁壓強度取值離散性等因素對極限承載力的影響。 在Hill彈塑性模型基礎(chǔ)上，引入應(yīng)變率參數(shù)，根據(jù)應(yīng)變率參數(shù)的正負(fù)將沉箱周圍土體劃分為三軸拉伸及三軸壓縮等區(qū)域。通過ABAQ

3、US提供的子程序接口，更新土體單元的三軸拉壓強度。有限元分析與上限分析作比較，沉箱側(cè)向承載力及沉箱與土體之間相互作用的破壞模式吻合很好，說明包含修正Hill各向異性模型的強度更新算法能正確模擬吸力式沉箱地基的力學(xué)性質(zhì)。 極限分析需要事先假定破壞模式，因此只適應(yīng)于探討細(xì)長沉箱與土體的相互作用。有限元分析無須假定破壞模式，而且能考慮不同試驗方法得到的黏土不排水強度指標(biāo)之間的耦合，因而適應(yīng)各種長徑比的沉箱，同時可以變動參數(shù)考察旁壓強度

4、等對水平極限承載力的影響。 通過對四種典型各向異性土體中吸力式沉箱的數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)粗短沉箱與細(xì)長沉箱有著不同的破壞模式，細(xì)長沉箱主要表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)破壞，而粗短沉箱近似平動破壞。分析水平承載力系數(shù)與長徑比L/D關(guān)系曲線發(fā)現(xiàn)，當(dāng)L/D>1時，承載力系數(shù)隨L/D的增大而增大，當(dāng)L/D<1時，承載力系數(shù)隨L/D的增大而減小。各向異性地基的水平承載力與旁壓強度指標(biāo)密切相關(guān)。變動參數(shù)研究表明，基于旁壓強度和不排水單剪強度的大致取值范圍，強度各向