筒型基礎(chǔ)平臺(tái)使用過程中安全性研究

筒型基礎(chǔ)平臺(tái)使用過程中安全性研究TheSafetyResearchonBucketFoundationPlatforminProcessofOperation學(xué)科專業(yè)：建筑工程技術(shù)與管理研究生：孫章指導(dǎo)教師：丁紅巖教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零零九年五月

獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日摘要筒型基礎(chǔ)是海洋工程中一種有廣闊發(fā)展前景的新型基礎(chǔ)型式，是由海上系泊的吸力錨發(fā)展而來。筒型基礎(chǔ)的樁體是一個(gè)頂端封閉，底部開口的鋼筒。目前筒型基礎(chǔ)或吸力錨主要有四個(gè)方面的用途：(1)用于延長(zhǎng)測(cè)試系泊油輪；(2)作為自升式平臺(tái)的沉墊阻滑樁；(3)作為單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的基礎(chǔ)；(4)作為海上簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本文主要研究的是作為海洋平臺(tái)及海上簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的筒型基礎(chǔ)在使用過程中的安全性。影響筒型基礎(chǔ)平臺(tái)使用安全的因素主要包括筒型基礎(chǔ)的承載力、穩(wěn)定性和沉降。而穩(wěn)定性又與承載能力和沉降有關(guān)，故安全因素的討論可歸結(jié)為對(duì)承載能力和沉降的討論。本文系統(tǒng)總結(jié)了筒型基礎(chǔ)平臺(tái)承載力的各種理論計(jì)算方法，探討了筒型基礎(chǔ)平臺(tái)在不同荷載作用下的失穩(wěn)破壞模式，研究了筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的極限承載力特性，闡述了考慮土流變特性的軟土地基的沉降計(jì)算方法，并在大型通用有限元分析軟件ABAQUS平臺(tái)上，建立了筒型基礎(chǔ)平臺(tái)整體的三維彈塑性有限元計(jì)算模型，對(duì)影響筒型基礎(chǔ)使用安全的各種因素做出了更深入的分析，通過具體算例來比較驗(yàn)證了理論計(jì)算的合理性。最后通過一個(gè)實(shí)例，分析筒型基礎(chǔ)平臺(tái)在使用過程中，受到各種荷載組合作用下的應(yīng)力、位移、固定性、穩(wěn)定性和沉降的變化情況，對(duì)筒型基礎(chǔ)使用過程中的安全性給出了合理的評(píng)價(jià)。本課的提出克服了傳統(tǒng)的單獨(dú)研究筒型基礎(chǔ)筒體的不足，直接建立筒型基礎(chǔ)平臺(tái)整體的模型，計(jì)算結(jié)果更接近于實(shí)際。對(duì)筒型基礎(chǔ)平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中的安全使用和減少安全事故的發(fā)生具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:筒型基礎(chǔ)安全性因素有限元分析ABAQUS安全事故

ABSTRACTBucketfoundationistodayconsideredasanattractiveandproventechnologyandbecomingwidelyusedinoffshoreprojects,itwasdevelopedfromsuctionanchorwhichwasusedforoffshoreanchoring.Thepilebodyofthebucketfoundationaresteelbucketswhosetopendsareclosedandbottomendsareopened.Atthepresenttime,bucketfoundationorsuctionanchorismainlyusedinfourways:(1)prolongedtestinanchoringoiltanker;(2)asabottomhullofthejack-updrillingplatform;(3)asafoundationofthesingle-pointanchoringsystem;(4)asafoundationofthesimpleoffshorestructures.Inthistext,thesafetyofbucketfoundationinprocessofoperationasanoffshoreplatformorasasimplefoundationismainlydiscussed.Themainsecurityfactorsofthebucketfoundationplatforminoperationarebearingcapacity,stabilityandsedimentation.Andthestabilityhasarelationshipwiththebearingcapacityandsedimentation.Sothediscussinginsecurityfactorscanbeconcludedwithbearingcapacityandsedimentation.Inthistext,theprincipleandcomputingmethodofthebearingcapacityandsedimentationaresystematicconcluded.Thedestabilizationofthebucketfoundationplatformwhensufferingfromdifferentloadsisresearched.Theultimatebearingcapacityofthebucketfoundationplatformisstudied.Andthecomputingmethodofsedimentationinsoftsoilwhenconsideringrheologicalbehaviorofthesoilispresented.A3DelasticplasticfiniteelementmodelofthebucketfoundationiscreatedontheplatformofABAQUSwhichislargeandcommonlyused.Thesecurityfactorsarediscussedmoredeeply.Andtherationalityofthetheoreticalcomputationisverifiedthroughanexample.Atlast,anexampleispresentedtoreasonablyevaluatethesafetyofthebucketfoundationplatforminprocessofoperation.Theissuepromptedovercomestheinadequaciesofthetraditionalresearchonsinglebucket.Thewholefiniteelementmodelofthebucketfoundationplatformisdirectlycreatedhere,andtheresultismoreclosetothereality.Thestudieshaveimportantimplicationsinmakingthebucketfoundationoperatesafelyanddecreasingalotofsafeaccidents.KEYWORDS：Bucketfoundation,securityfactors,finiteelementanalysis,ABAQUS,safeaccidents目錄第一章緒論 11.1概述 11.2筒型基礎(chǔ)發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用 21.3筒型基礎(chǔ)的工作原理和安裝過程 31.4影響筒型基礎(chǔ)平臺(tái)使用安全的主要因素 51.4.1筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的承載能力和穩(wěn)定性 51.4.2筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的沉降 51.5研究課題的工程背景及意義 61.6本文的主要工作 61.7本文的組織結(jié)構(gòu) 7第二章筒型基礎(chǔ)安全因素的理論分析 82.1概述 82.2筒型基礎(chǔ)承載力理論計(jì)算 82.2.1水平力作用下土抗力的計(jì)算 82.2.2粘土中筒型基礎(chǔ)水平承載力 122.2.3砂土中筒型基礎(chǔ)水平承載力 172.2.4粘土中筒型基礎(chǔ)極限抗壓承載力 172.2.5砂土中筒型基礎(chǔ)極限抗壓承載力 182.2.6粘土中筒型基礎(chǔ)極限抗拔承載力 192.2.7砂土中筒型基礎(chǔ)極限抗拔承載力 212.3筒型基礎(chǔ)穩(wěn)定性分析 222.3.1筒型基礎(chǔ)抗滑移穩(wěn)定性分析 222.3.2筒型基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性分析 222.4筒型基礎(chǔ)沉降分析 232.4.1土的流變特性 232.4.2蠕變的機(jī)理 232.4.3地基沉降的組成 232.4.4影響地基沉降的因素 242.4.5地基沉降的計(jì)算 252.4.6沉降的規(guī)范計(jì)算方法 262.5有限元計(jì)算結(jié)果分析 282.5.1荷載位移曲線 282.5.2模型計(jì)算結(jié)果分析 282.5.3理論計(jì)算與有限元計(jì)算的比較 32第三章筒型基礎(chǔ)平臺(tái)三維彈塑性數(shù)值模型的建立 343.1概述 343.2大型通用計(jì)算軟件ABAQUS簡(jiǎn)單介紹 363.3土彈塑性本構(gòu)模型的選取 373.3.1彈塑性簡(jiǎn)介 383.3.2Mohr-Coulomb(莫爾-庫倫)彈塑性模型 383.3.3Druker-Prager(杜拉克-普拉格)模型 403.3.4Mohr-Coulomb模型和Druker-Prager模型的相互轉(zhuǎn)換 413.4筒和土接觸面的選取 423.4.1接觸面的相互作用 433.4.2主動(dòng)面與被動(dòng)面的概念 443.4.3ABAQUS中接觸算法 453.4.4筒土接觸分析不收斂常見現(xiàn)象及解決辦法 453.5筒型基礎(chǔ)平臺(tái)三維有限元模型的建立 463.5.1有限元模型的計(jì)算范圍及邊界條件 463.5.2筒型基礎(chǔ)平臺(tái)有限元模型 473.5.3結(jié)構(gòu)整體有限元模型 483.6地基初始地應(yīng)力的模擬 49第四章實(shí)例分析 514.1概述 514.2筒型基礎(chǔ)平臺(tái)靜力計(jì)算條件 514.2.1計(jì)算規(guī)范 514.2.2筒型基礎(chǔ)平臺(tái)使用過程中受到的載荷 514.3荷載計(jì)算與荷載組合 514.3.1風(fēng)荷載 514.3.2波浪荷載 524.3.3海流荷載 524.3.4冰荷載 534.3.5靠船力 534.3.6其他荷載 544.3.7荷載組合 544.4有限元計(jì)算結(jié)果分析 574.4.1應(yīng)力分析 574.4.2位移分析 614.4.3固定性分析 634.4.4穩(wěn)定性分析 654.4.5沉降分析 67第五章結(jié)論與展望 685.1結(jié)論 685.2展望 69參考文獻(xiàn) 70發(fā)表論文和科研情況說明 73致謝 74第一章緒論-PAGE75-緒論概述筒型基礎(chǔ)，是近二十年來應(yīng)用于海洋工程的具有較好發(fā)展前景的基礎(chǔ)型式。由于筒型基礎(chǔ)施工簡(jiǎn)便，機(jī)動(dòng)靈活，使用安全可靠，可實(shí)現(xiàn)回收復(fù)用等特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于各種海上結(jié)構(gòu)設(shè)施，如船只系泊、浮筒定位、存儲(chǔ)設(shè)施、燈塔、導(dǎo)管架和平臺(tái)等。隨著筒型基礎(chǔ)在海洋工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其必將成為和樁基礎(chǔ)等傳統(tǒng)基礎(chǔ)同等重要的基礎(chǔ)形式，而且在很多方面有取而代之的趨勢(shì)。筒型基礎(chǔ)的樁體是一個(gè)頂端封閉，底部開口的鋼筒。圖1-1為一個(gè)四筒式筒型基礎(chǔ)平臺(tái)。圖1-1四筒式筒型基礎(chǔ)平臺(tái)筒型基礎(chǔ)發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用1958年，Mackereth在英國(guó)的一個(gè)湖底軟泥床上取樣作業(yè)時(shí)首次使用負(fù)壓筒,上下拉動(dòng)活塞式土樣取芯器。此后，人們對(duì)負(fù)壓吸力樁、吸力錨以及筒型基礎(chǔ)的研究和應(yīng)用一直沒有中斷：1971年Brown與Nacci在粒狀土中研究了倒杯形筒的施工方法；1972年荷蘭的ShellResearch公司開發(fā)成功并在北海投入應(yīng)用了以負(fù)壓筒錨定的海底土壤貫入計(jì)；荷蘭的ShellResearch公司于70年代末在砂土和粘土中所做的直徑為3.8m(長(zhǎng)度510m)的負(fù)壓樁試驗(yàn)，并得出錨固能力達(dá)200噸的結(jié)果；1980年SBM公司設(shè)計(jì)的兩套鏈?zhǔn)藉^腿系泊裝置(CALM)的12個(gè)筒型基礎(chǔ)首次成功地在北海丹麥海區(qū)Gorm油田中應(yīng)用，每個(gè)鏈腿各借助一個(gè)筒型基礎(chǔ)埋置筒樁接于海底；1985年挪威國(guó)家石油公司在北海GullfaksC所做的由兩個(gè)直徑6.5米、高20米的負(fù)壓筒完成了海中原位大型下沉試驗(yàn)；1991年挪威土工技術(shù)研究所做的直徑1.5米、高1.7米的筒型基礎(chǔ)海底沉放試驗(yàn)；90年代初Snorre張力腿平臺(tái)使用負(fù)壓錨安裝成功，1993年挪威土工技術(shù)研究所做的筒型基礎(chǔ)在不同條件下的沉放試驗(yàn)；1994年7月挪威國(guó)家石油公司在水深70米的北海安裝了Europipe16/11－E大型吸力式基礎(chǔ)導(dǎo)管架平臺(tái)和1996年建成的Sleipner筒型基礎(chǔ)的概念是20世紀(jì)60年代提出的，然而真正標(biāo)志其開始在實(shí)際工程中應(yīng)用的是1980年北海丹麥海區(qū)Gorm油田為裝運(yùn)原油而建造的懸鏈?zhǔn)藉^腿系泊裝置中采用筒型基礎(chǔ)作為錨固結(jié)構(gòu)。此次筒型基礎(chǔ)的實(shí)際應(yīng)用意義是重大的，它不僅是概念與設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新，更為以后若干筒型基礎(chǔ)工程的安裝施工積累了經(jīng)驗(yàn)。此后，國(guó)外先后進(jìn)行了多次筒型基礎(chǔ)工程，有關(guān)筒型基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)施工技術(shù)得到了迅速發(fā)展并開始走向成熟。自八十年代后期，丹麥、挪威等國(guó)家開始研究采用筒型基礎(chǔ)作為海上平臺(tái)基礎(chǔ)的可行性。進(jìn)入九十年代后，挪威首先在70m水深海域成功建造了不用打入樁的筒型基礎(chǔ)平臺(tái)(BucketFoundationPlatform)。因?yàn)檫@種平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工簡(jiǎn)便、可以移位后重復(fù)使用，很快引起了海洋工程界的廣泛注意。迅速發(fā)展的筒型基礎(chǔ)技術(shù)也引起了國(guó)內(nèi)海洋工程界的重視。1995年我國(guó)首例筒型基礎(chǔ)工程應(yīng)用在CFD16-1油田延長(zhǎng)測(cè)試系統(tǒng)油輪系泊中取得成功(如圖1-2)，接著在渤海的其他幾個(gè)油田的延長(zhǎng)測(cè)試系統(tǒng)中采用了筒型基礎(chǔ)。此外，筒型基礎(chǔ)還被成功用做自升式平臺(tái)“自強(qiáng)號(hào)”沉淀的阻滑樁。1999年9月在渤海JZ9-3海域成功進(jìn)行了我國(guó)自行設(shè)計(jì)并建造的多筒筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的安裝施工，標(biāo)志著我國(guó)筒型基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)施工開始向更高的水平邁進(jìn)。圖1-2CFD16-1油田延長(zhǎng)測(cè)試系統(tǒng)近年來對(duì)筒型基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用于海洋平臺(tái)的研究分析不斷發(fā)展，海洋工作者做了大量的工作，對(duì)以下幾方面進(jìn)行著重研究：(1)筒型基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)力學(xué)機(jī)理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；(2)筒型基礎(chǔ)的固土耦合非線性分析；(3)負(fù)壓筒型基礎(chǔ)沉貫過程中的流固耦合分析；(4)負(fù)壓筒型基礎(chǔ)安裝過程中土塞的形成機(jī)理；(5)筒型基礎(chǔ)的極限承載力特性研究；(6)筒型基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和可靠性分析；(7)筒型基礎(chǔ)的氣浮拖航特性研究。這些研究?jī)?nèi)容詳見相關(guān)參考文獻(xiàn)[5][10]，[44]等。筒型基礎(chǔ)的工作原理和安裝過程筒型基礎(chǔ)為頂端封閉、下端敞開的倒置筒狀或倒置杯狀，主要機(jī)理是負(fù)壓原理(如圖1-3所示)。首先在施工時(shí)，筒型基礎(chǔ)被吊放在海底定位后，依靠基礎(chǔ)的自重使筒嵌入土中一定深度，使筒內(nèi)水體形成封閉的空間，借助設(shè)置在頂端筒蓋上的水泵向外抽水，使筒內(nèi)外形成負(fù)壓，當(dāng)由筒負(fù)壓差形成的壓力超過海底土對(duì)筒基的側(cè)摩阻力時(shí)，基礎(chǔ)即可不斷被壓入土中，直到筒蓋底面與海底接觸。此時(shí)由于筒內(nèi)土體上涌會(huì)形成土塞，如未達(dá)到設(shè)計(jì)沉放深度，可由潛水施工人員打開筒上蓋法蘭，進(jìn)入筒內(nèi)清除土塞，然后繼續(xù)抽水沉貫，直至基礎(chǔ)達(dá)到設(shè)計(jì)沉貫深度。在沉貫過程中，壓力可能與沉貫阻力產(chǎn)生平衡，此時(shí)盡管不斷抽水，但筒型基礎(chǔ)不再下沉，這時(shí)需要停止抽水恢復(fù)筒內(nèi)外壓力差后再行抽水。在沉貫結(jié)束之后，可卸去抽水系統(tǒng)，封閉抽水口，筒內(nèi)外之間的壓力差隨之慢慢消失，筒內(nèi)壓力恢復(fù)到周圍環(huán)境壓力。倒扣在土體中的筒型基礎(chǔ)，通過上蓋提供了很高的豎向承載力，又通過側(cè)裙提供了較高的水平承載力。在筒體沉入土中之后，就與土體一起抵抗各種外力作用。因?yàn)橥残突A(chǔ)頂蓋和土體有較大的接觸面，所以豎向力可以有效的傳入土中，產(chǎn)生較大的豎向承載力，在這一點(diǎn)上筒型基礎(chǔ)要優(yōu)于普通樁基礎(chǔ)。而筒型基礎(chǔ)的側(cè)裙與土體接觸面積大，可將水平力均勻傳遞給周圍土體，從而能承受較大的水平力作用。并且在負(fù)壓作用下，周圍土體變得緊固也可使基礎(chǔ)的承載能力得以提高，同時(shí)土體緊固增加了基礎(chǔ)的抗浮力。圖1-4顯示了筒型基礎(chǔ)地安裝過程。圖1-3筒型基礎(chǔ)的負(fù)壓工作原理圖1-4筒型基礎(chǔ)安裝過程影響筒型基礎(chǔ)平臺(tái)使用安全的主要因素筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的承載能力和穩(wěn)定性海洋平臺(tái)技術(shù)是開發(fā)海洋資源的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于海洋平臺(tái)處于一個(gè)特殊的環(huán)境中，工作運(yùn)行中所受的荷載有：上部結(jié)構(gòu)和自重，風(fēng)荷載，波浪和海流荷載，冰荷載以及地震荷載等，其中上部結(jié)構(gòu)和自重是以荷載方式作用于基礎(chǔ)上，其它荷載一般以循環(huán)方式作用于基礎(chǔ)上。這些作用在平臺(tái)上的荷載將會(huì)通過平臺(tái)基礎(chǔ)傳遞到地基土體，使地基土體應(yīng)力發(fā)生變化，導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生變形，使平臺(tái)產(chǎn)生滑移和傾斜，從而影響到平臺(tái)的承載力和穩(wěn)定性，嚴(yán)重的造成災(zāi)害性事故。研究筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的穩(wěn)定性，首先要考慮平臺(tái)的承載能力，因?yàn)橥残突A(chǔ)平臺(tái)的傾斜和滑移的產(chǎn)生，主要是由于平臺(tái)受到的外部荷載超過平臺(tái)的抗傾覆承載力和抗滑移承載力，還有地基軟土的不均勻沉降。因此分析計(jì)算荷載作用下，筒型基礎(chǔ)的地基承載力是其設(shè)計(jì)和應(yīng)用的基礎(chǔ)工作。出于目前對(duì)筒型基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)還沒有現(xiàn)成的規(guī)范可供參考，并且其承載力受到諸多因素影響，如地基土的特性、基礎(chǔ)的幾何尺寸以及作用荷載等。因此設(shè)計(jì)者在筒型基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)研制中，往往根據(jù)具體情況，參考一些其它的平臺(tái)規(guī)范(如API等),結(jié)合剛性短樁和重力式淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，并通過模擬或試驗(yàn)來確定一些技術(shù)參數(shù)，在綜合運(yùn)用比較各種現(xiàn)有計(jì)算承載力的方法基礎(chǔ)上，形成對(duì)筒型基礎(chǔ)承載力的估算。豎向承載力和水平承載力的計(jì)算是筒型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中首先要解決的問題。筒型基礎(chǔ)筒體埋深淺，在荷載作用下，其自身的彎曲變形與周圍土體的變形相比可忽略，設(shè)計(jì)時(shí)，一般被視為剛性淺基礎(chǔ)。筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的沉降對(duì)于港口工程而言，軟土經(jīng)常是許多結(jié)構(gòu)物的軟弱下臥層，不少樁基和地下工程都要設(shè)置其上或在它中間穿越通過，軟土受力作用后,由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，變形不能在短時(shí)間內(nèi)完成，從而造成長(zhǎng)期沉降，而土體產(chǎn)生屈服后粘塑性變形的發(fā)展將是日后過量不均勻沉降甚至導(dǎo)致地基失穩(wěn)的主要因素。在軟土分布較厚的地區(qū)，在土主固結(jié)完成之后，還將產(chǎn)生“漫長(zhǎng)”的蠕變沉降。蠕變沉降雖然不容易察覺，但若忽略軟土地基的次固結(jié)變形特性，其分析結(jié)果就可能會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，并且經(jīng)過長(zhǎng)期積累，能直接影響結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性，對(duì)結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行及安全構(gòu)成威脅。因此，在軟土的固結(jié)分析中，必須考慮軟土的流變特性。影響筒型基礎(chǔ)沉降變形的因素比較多，除了筒體的直徑、入土深度外，結(jié)構(gòu)重量、土體參數(shù)、外加荷載、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式以及計(jì)算使用的土體模型等都對(duì)最終沉降量和達(dá)到沉降穩(wěn)定時(shí)間都有影響。研究課題的工程背景及意義計(jì)算分析和模型試驗(yàn)是海工建筑物設(shè)計(jì)中研究結(jié)構(gòu)安全性的兩條主要途徑。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)筒型基礎(chǔ)平臺(tái)安全性的理論研究主要是以平臺(tái)的筒體為研究對(duì)象，然后通過一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系(例如乘以相應(yīng)的倍數(shù))轉(zhuǎn)換成對(duì)平臺(tái)的分析。這種轉(zhuǎn)換關(guān)系是一種粗略的估計(jì)，分析結(jié)果會(huì)有一定程度的誤差。而在試驗(yàn)方面天津大學(xué)的張偉等人在中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司工程技術(shù)研究院修建的室內(nèi)、室外土池里進(jìn)行了筒型基礎(chǔ)水平承載力與豎向承載力的試驗(yàn)。這次試驗(yàn)是國(guó)內(nèi)對(duì)筒型基礎(chǔ)進(jìn)行的首次大規(guī)模試驗(yàn)，是分析比較完全的試驗(yàn)。然而，模型試驗(yàn)由于試驗(yàn)技術(shù)受到人為因素影響較大，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)假象，進(jìn)行數(shù)值模擬進(jìn)行驗(yàn)證的過程也很重要，加上做一次模型材料豐富、試驗(yàn)條件完備的試驗(yàn)，所耗費(fèi)的人力、財(cái)力也不容小覷。正是基于這個(gè)背景下，本文利用大型通用有限元軟件ABAQUS強(qiáng)大的數(shù)值模擬能力，建立筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的整體有限元模型，對(duì)平臺(tái)的安全性進(jìn)行研究。由于受到多種因素的限制，試驗(yàn)條件無法達(dá)到滿足，在試驗(yàn)條件受到限制的情況下，進(jìn)行數(shù)值模擬是最切實(shí)際也是最理想的分析方法。另外，本課題的提出克服了傳統(tǒng)對(duì)單獨(dú)研究筒體的不足，從筒型基礎(chǔ)平臺(tái)整體的的角度對(duì)安全性做出了合理的評(píng)價(jià)。本文的主要工作作為一種新型的海洋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，筒型基礎(chǔ)技術(shù)包含了土力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、板殼理論、滲流力學(xué)、土與結(jié)構(gòu)的非線性耦合分析及海上施工技術(shù)等許多重要課題，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。以下是本文的主要工作：分析筒型基礎(chǔ)的特點(diǎn)和工作機(jī)理，闡述筒型基礎(chǔ)承載力的理論計(jì)算方法，并提出評(píng)價(jià)多筒式筒型基礎(chǔ)地基極限承載力的方法。研究在水平和豎直荷載作用下，筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的抗壓、抗拔和水平失效模式。研究筒型基礎(chǔ)平臺(tái)抗滑移穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性。幾乎大部分的結(jié)構(gòu)和土壤相互作用的分析中，土壤都被看作是線彈性的。實(shí)際上，就一般情況來說，筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度通常要比四周土體的強(qiáng)度高得多，因此可假設(shè)它是線彈性的，而土體都是非線性、非彈性的，故應(yīng)按非線性處理。本文將有限元-接觸單元耦合的數(shù)值方法推廣到非線性領(lǐng)域，考慮土壤的非線性本構(gòu)關(guān)系和筒土之間的接觸問題,對(duì)筒型基礎(chǔ)與土壤的相互作用問題進(jìn)行研究。由于筒型基礎(chǔ)作用在海洋軟土地基上，不同于一般建筑結(jié)構(gòu)物的地基，本文研究基于土的流變理論的地基沉降計(jì)算方法。建立筒型基礎(chǔ)平臺(tái)整體三維彈塑性模型，分析筒型基礎(chǔ)平臺(tái)在使用過程中受到的各種荷載,并給出相應(yīng)的理論計(jì)算方法，將這些荷載按一定的方式組合成組合荷載。最后將荷載組合作用在筒型基礎(chǔ)平臺(tái)上，研究平臺(tái)在使用過程中受到各種荷載作用時(shí)的安全性。本文的組織結(jié)構(gòu)全文的組織結(jié)構(gòu)如下：第一章主要介紹課題研究背景及研究意義，并簡(jiǎn)單回顧國(guó)內(nèi)外對(duì)筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)，介紹影響筒型基礎(chǔ)使用安全的主要因素，提出傳統(tǒng)研究方法的不足，最后介紹本文主要的工作。第二章著重對(duì)筒型基礎(chǔ)安全因素進(jìn)行研究。系統(tǒng)論述筒型基礎(chǔ)在粘土和砂土中水平承載力和豎直承載力的理論計(jì)算方法，研究筒型基礎(chǔ)平臺(tái)在水平豎直荷載作用下的失效模式，討論基于流變理論的筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的沉降，并給出幾種沉降的理論計(jì)算方法，最后將有限元計(jì)算的結(jié)果同理論值進(jìn)行比較，驗(yàn)證理論計(jì)算的合理性。第三章主要討論筒型基礎(chǔ)平臺(tái)三維彈塑性模型建立方法。首先簡(jiǎn)單介紹大型通用有限元計(jì)算軟件ABAQUS,接著介紹土彈塑性本構(gòu)模型的選取和筒與土相互作用接觸面的選取，最后提出筒與土接觸問題不收斂的常見現(xiàn)象和解決的辦法。第四章通過一個(gè)實(shí)例系統(tǒng)的分析筒型基礎(chǔ)使用過程中受到各種荷載組合作用下平臺(tái)的應(yīng)力、位移、固定性、穩(wěn)定性和沉降，并對(duì)筒型基礎(chǔ)使用過程中的安全性做出合理的評(píng)價(jià)。第五章結(jié)論與展望。對(duì)本文的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行全面總結(jié)，指出研究中存在的不足，并提出在后續(xù)研究中需要進(jìn)一步深入開展的研究方向。第二章筒型基礎(chǔ)安全因素的理論分析筒型基礎(chǔ)安全因素的理論分析概述影響筒型基礎(chǔ)使用安全的因素主要包括承載力、穩(wěn)定性和沉降。而穩(wěn)定性又和平臺(tái)的承載能力和沉降有關(guān)，故安全因素的討論可歸結(jié)為對(duì)承載力和沉降的討論。目前筒型基礎(chǔ)承載力計(jì)算仍沒有規(guī)范可依，由于筒型基礎(chǔ)筒體與樁基的相似性，大部分的設(shè)計(jì)都是參照樁基規(guī)范。海底的土質(zhì)屬于軟土，計(jì)算沉降時(shí)要考慮土的流變和蠕變特性。筒型基礎(chǔ)承載力理論計(jì)算由于筒型基礎(chǔ)筒體的埋深范圍和筒內(nèi)土體存在，筒型基礎(chǔ)有別于樁基和普通淺基礎(chǔ)。筒型基礎(chǔ)的承載力計(jì)算不考慮吸力的影響，筒型基礎(chǔ)筒體約束情況可分為兩種：可自由轉(zhuǎn)動(dòng)和受轉(zhuǎn)動(dòng)約束情況。可自由轉(zhuǎn)動(dòng)情況，如作為錨泊系統(tǒng)的筒型基礎(chǔ)和作為平臺(tái)基礎(chǔ)的筒型基礎(chǔ)等；受轉(zhuǎn)動(dòng)約束情況，如作為沉墊平臺(tái)的吸力阻滑樁。計(jì)算承載力的前提和關(guān)鍵在于土抗力的確定。水平力作用下土抗力的計(jì)算(1)API法土壓力是土體受自重或外荷載作用對(duì)筒體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的側(cè)向壓力，是土與筒體結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)果，它與筒體結(jié)構(gòu)剛度、變位、土與結(jié)構(gòu)接觸面的邊界條件密切有關(guān)。目前典型的土壓力理論有庫倫土壓力、朗肯土壓力、塑性極限分析理論和土拱理論等。Matlock曾對(duì)水下飽和軟粘土中的打入樁進(jìn)行了側(cè)向荷載試驗(yàn)(包括短期靜載試驗(yàn)和循環(huán)荷載試驗(yàn))，并于1970年發(fā)表了推求軟粘土的曲線的方法。本文簡(jiǎn)單介紹API推薦的土壓力的計(jì)算方法。對(duì)于水下軟粘土，極限水平土抗力的計(jì)算采用下式： (2-1)式中：樁的計(jì)算寬度土的浮容重；不排水抗剪強(qiáng)度；常數(shù)，一般軟粘土取0.5，稍硬粘土取0.25；公式中兩個(gè)方程式曲線交點(diǎn)處的值；泥面以下深度。對(duì)于砂土，在1987年版的API規(guī)范有關(guān)確定砂土中樁的曲線方法中，采用下列公式計(jì)算砂土中單位面積的極限土抗力： (2-2)式中:從泥面到所求深度范圍的平均樁徑；、、根據(jù)內(nèi)摩擦角和相對(duì)密度由圖2-1查得。圖2-1新API法、、的取值(2)BrinchHansen法對(duì)于剛性短樁，BrinchHansen于1961年提出一種水平承載力計(jì)算方法，該方法假設(shè)一種土抗力分布，并設(shè)樁在水平力作用下繞一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，由力矩平衡求出轉(zhuǎn)動(dòng)中心，再由水平力平衡求出水平極限荷載。這種方法是建立在土的土壓力理論上的，僅適用于剛性短樁。任意深度下極限土抗力的值由下式?jīng)Q定： (2-3)式中：有效上覆壓力；土的粘聚力；與和有關(guān)的土壓力系數(shù)，其取值見圖2-2。圖2-2BrinchHansen法系數(shù)的值這種方法適用于單層土和多層對(duì)于短期荷載如波浪力等，取不排水抗剪強(qiáng)度，取時(shí)的值，對(duì)于長(zhǎng)期持續(xù)荷載在分析中可用排水有效強(qiáng)度值()。在純粘土中，取時(shí)的值，，取值，因此為： (2-4)在砂土中才，則： (2-5)(3)Broms法Broms法是Broms針對(duì)受水平力的垂直樁提出來的，適用于短樁、長(zhǎng)樁，粘性土、砂性土，樁頭自由、樁頭約束的情況。它不適用于多層土或。這種方法中有以下兩個(gè)假設(shè)：1．土是純無粘性土()或是純粘性土()，兩種類型的土分別分析；2．對(duì)剛性短樁和柔性長(zhǎng)樁分別考慮，剛性短樁的標(biāo)準(zhǔn)為或。其中： (2-6)式中：樁長(zhǎng)；樁材料的彈性模量；樁身的慣性矩；隨深度線性增加的土模量；土反力的常模量；n隨深度為常數(shù)的粘性土的模量值。在粘土中，對(duì)于剛性短樁，Broms法的計(jì)算模型較為簡(jiǎn)單，設(shè)水平地基反力為常數(shù)，并且忽略泥面以下1.5倍樁徑深度內(nèi)土的作用，而在1.5倍樁徑深度以下則假設(shè)地基反力為9(為樁寬)。在砂土中，對(duì)于剛性短樁的樁頂施加水平力，從泥面往下，水平地基反力由零線性增大，其值相當(dāng)于朗肯被動(dòng)土壓力的3倍，故泥面以下深度處的水平地基反力為： (2-7)式中：土的內(nèi)摩擦角；土的浮容重。對(duì)于樁頭自由和樁頭約束的剛性短樁，在受水平力后樁身的彎矩和土抗力分布情況見圖2-3。圖2-3Broms法地基反力和彎矩分布圖（4）郎肯理論的被動(dòng)土壓力法 (2-8)式中：土的有效容重；入土深度；粘結(jié)力；內(nèi)摩擦角；土的極限抗力。粘土中筒型基礎(chǔ)水平承載力筒型基礎(chǔ)受轉(zhuǎn)動(dòng)約束時(shí)水平承載力的計(jì)算圖2-4水平荷載下轉(zhuǎn)動(dòng)受約束時(shí)受力圖在水平力作用下，當(dāng)筒型基礎(chǔ)受轉(zhuǎn)動(dòng)約束時(shí)，整個(gè)筒型基礎(chǔ)沿水平力作用方向只發(fā)生平動(dòng)。在水平方向僅受土壓力和底部剪力作用，其受力情況如上圖示。設(shè)在泥面以下深度x處的極限土抗力為，則其單筒式筒型基礎(chǔ)的水平極限荷載為： (2-9)式中：l筒型基礎(chǔ)的入土深度；筒底剪力，；R內(nèi)筒半徑；土的不排水抗剪強(qiáng)度；深度x處的筒徑；筒前土抗力。筒型基礎(chǔ)可自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)水平承載力的計(jì)算按照失效模式的不同，水平承載力的計(jì)算方法也不同。各種失效模式如下圖所示：(a)(b)(c)(d)(e)(f)圖2-5各種失效模式A.失效模式(a)筒所受的力有：筒前土壓力、筒底阻力、筒外側(cè)摩阻力和筒底反力。當(dāng)筒體繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，筒底面右半部分受到土的擠壓，而左半部分則基本不受土的擠壓作用，故可認(rèn)為只有右半部分受到筒底反力。這里為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)筒底反力為均勻分布，反力的作用范圍為右半圓，把均布反力轉(zhuǎn)換成集中，作用點(diǎn)到圓心的距離為。易知： =+ (2-10)式中：筒的浮容重；筒內(nèi)土的浮容重。筒底反力產(chǎn)生的力矩： (2-11)其中：等效集中力P，作用點(diǎn)到圓心的距離；R內(nèi)筒半徑；筒底摩阻力： (2-12)筒外側(cè)單位周長(zhǎng)摩阻力： (2-13)筒側(cè)壁摩阻力產(chǎn)生的抗傾力矩： =＝4 (2-14)對(duì)水平力作用點(diǎn)取矩： (2-15)其中：水平力作用點(diǎn)到筒頂?shù)呢Q向距離；旋轉(zhuǎn)中心距泥面的距離；筒頂?shù)胶５啄嗝娴木嚯x；海底泥面到筒底的距離；土的極限抗力，解2-15式，求出。則筒的水平極限荷載： (2-16)B.失效模式(b)筒內(nèi)土與筒之間出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，如圖所示，筒體受筒前土壓力。筒內(nèi)外壁摩阻力。筒頂下土反力及水平力作用。假設(shè)筒內(nèi)外摩阻力相同，則筒內(nèi)外摩阻力產(chǎn)生的力矩為： (2-17)筒頂下的土反力及力矩： (2-18)以筒的系纜點(diǎn)為支點(diǎn)的力矩平衡方程：(2-19)解出由水平力平衡得：(2-20)C.失效模式(c)筒后土保持原位不出現(xiàn)滑動(dòng)，筒型基礎(chǔ)與土體直接局部脫離接觸，筒內(nèi)土與筒之間沒有相對(duì)滑動(dòng)。筒底摩阻力：假設(shè)只有筒底右半部分受摩阻力作用，即(2-21)筒底反力矩：(2-22)筒前的旋轉(zhuǎn)中心以下部分筒后的旋轉(zhuǎn)中心以上部分都不受摩阻力的作用，整個(gè)筒的摩阻力相當(dāng)于半筒壁受摩阻力作用。筒側(cè)壁摩阻力產(chǎn)生的抗傾力矩：(2-23)易得到力的平衡方程：(2-24)(2-25)其中：筒頂外法線與豎向的夾角(筒繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)的角度)。筒和筒內(nèi)土系統(tǒng)所受力以筒的系纜點(diǎn)為支點(diǎn)的力矩平衡方程為：(2-26)式中：筒及筒內(nèi)土系統(tǒng)重心離筒頂水平力作用點(diǎn)的距離。聯(lián)立三式(2-24)、(2-25)、(2-26)可解出P、、。D.失效模式(d)筒后土保持原位不滑動(dòng)，筒-土之間局部脫離接觸，筒內(nèi)土與筒體間存在相對(duì)滑動(dòng)。忽略筒底剪力。筒側(cè)壁摩阻力產(chǎn)生的力矩為：(2-27)筒的力平衡方程：(2-28)(2-29)力矩平衡方程：(2-30)聯(lián)立三式求解出。E.失效模式(e)筒后土出現(xiàn)滑動(dòng)，筒土之間不脫離，筒內(nèi)土與筒之間沒有相對(duì)滑動(dòng)。筒內(nèi)外摩阻力產(chǎn)生的力矩為：(2-31)筒底剪力為：(2-32)筒頂下的土反力及力矩平衡方程：(2-33)(2-34)以筒的系纜點(diǎn)為支點(diǎn)的力矩平衡方程：(2-35)聯(lián)立三式求解出。F.失效模式(f)筒后土出現(xiàn)滑動(dòng)，筒土之間不脫離，筒內(nèi)土與筒之間有相對(duì)滑動(dòng)。筒底剪力不考慮。筒側(cè)摩阻力產(chǎn)生的力矩為：(2-36)力平衡方程：(2-37)(2-38)(2-39)砂土中筒型基礎(chǔ)水平承載力由于砂土不具粘性，摩阻力計(jì)算、失效模式與粘土有所區(qū)別。筒型基礎(chǔ)受轉(zhuǎn)動(dòng)約束時(shí)水平承載力的計(jì)算筒型基礎(chǔ)僅作水平移動(dòng)，沒有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，受力情況與粘土中相同。筒的水平承載力仍為：(2-40)(2)筒型基礎(chǔ)可自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)時(shí)水平承載力的計(jì)算受力情況類似粘土失效模式(B)。忽略筒后的土壓力，筒主要受筒前土壓力、筒內(nèi)外表面摩阻力，筒頂下土反力及水平力作用。砂土中不同深度下的摩阻力值可由下式計(jì)算：(2-41)式中：水平土壓力系數(shù)(0.5～1.0)；有效上覆荷載(t/m2)；土與筒表面的摩擦角。筒身單位周長(zhǎng)下摩阻力為：(2-42)由于此時(shí)摩擦力作用主要是抗拔，故值取小值0.5。筒所受力以筒的系纜點(diǎn)為支點(diǎn)的力矩平衡方程同(2-23)求解出代入(2-24)求解。粘土中筒型基礎(chǔ)極限抗壓承載力基礎(chǔ)的承載必須滿足兩個(gè)最基本的要求：地基不容許產(chǎn)生剪切破壞，喪失穩(wěn)定性，也不容許產(chǎn)生過大的沉降和變形，即(2-43)式中：地基極限承載力；平臺(tái)對(duì)地基產(chǎn)生的最大豎向力；計(jì)算沉陷量；極限沉陷量。地基極限承載力為：(2-44)式中：筒壁摩阻力；筒端承載力；i層土筒周表面的摩阻力系數(shù)，粘土取值參照下圖；i層土筒側(cè)面積；筒端面積。對(duì)于豎向荷載作用下的地基承載力研究開展的比較早，針對(duì)不同的基礎(chǔ)形式，不同的地基形式，不同的地基土特性，建議了各種評(píng)價(jià)地基豎向承載力的方法，主要有，太沙基公式、邁耶霍夫公式、漢森公式和魏西克公式等，這里簡(jiǎn)單介紹用API法計(jì)算地基承載力。API法粘土摩阻力系數(shù)：圖2-6粘土摩阻力系數(shù)筒壁摩阻力：(2-45)式中：D筒的直徑；在i層土中筒入土深度；在i層土粘性土樁周表面的摩阻力系數(shù)。筒端承載力為：＝(2-46)式中：筒底的等效直徑砂土中筒型基礎(chǔ)極限抗壓承載力筒壁摩阻力：(2-47)式中：i層砂土的單摩阻力系數(shù)，；水平土壓力系數(shù)(0.5～1.0)；有效上覆荷載()；土與筒表面的摩擦角。筒端承載力：(2-48)其中：的取值見下表：表2-1的取值土的種類純凈的砂353040淤泥質(zhì)砂302520砂質(zhì)淤泥252012粉土20158粘土中筒型基礎(chǔ)極限抗拔承載力粘土中，存在三種可能的不排水破壞模式：(1)僅筒從土中拔出；(2)筒內(nèi)的土柱因張力失效而與基礎(chǔ)分離；(3)外部破壞(承載力失效)的情況，這種情況有較大土體與基礎(chǔ)脫離。三種情況中均發(fā)生沿筒外壁或筒身的剪切破壞。筒型基礎(chǔ)的極限抗拔能力應(yīng)取幾種破壞模式所得到的最小值。失效模式A：圖2-7粘土中抗拔失效模式A如圖當(dāng)筒型基礎(chǔ)側(cè)壁摩阻力小于剪力，筒內(nèi)外壁均發(fā)生剪切破壞，筒單獨(dú)從土中拔出，筒的內(nèi)、外壁的土發(fā)生剪切破壞，極限抗拔力為： (2-49)式中：筒頂外部受到的靜水壓力；筒頂內(nèi)部受到的水壓力；筒頂外(內(nèi))截面積；筒頂?shù)乃畨簭?qiáng)；；外側(cè)摩阻力，；內(nèi)側(cè)摩阻力，；粘聚力系數(shù)，粘土一般取0.36土的平均不排水剪切強(qiáng)度；筒外(內(nèi))側(cè)截面積；筒端斷面(土塞)上的孔隙水壓力；當(dāng)筒與土界面達(dá)到完全真空＝＝－100kPa。失效模式B：圖2-8粘土中抗拔失效模式B當(dāng)筒內(nèi)壁摩擦力和負(fù)壓對(duì)筒內(nèi)土的作用力之和超過土的拉伸強(qiáng)度時(shí)，將在筒裙尖端產(chǎn)生局部張力失效，筒型基礎(chǔ)及筒內(nèi)土柱一同被拔出，破壞面發(fā)生在筒端斷面。筒型基礎(chǔ)的極限抗拔承載力： (2-50)式中：樁端斷面土的抗拉力，；筒端斷面上土塞的抗拉強(qiáng)度；在筒端處筒內(nèi)壁與土塞之間的總水平應(yīng)力，當(dāng)靜止土壓力系數(shù)為1.0以及不排水狀態(tài)下有：。失效模式C：圖2-9粘土中抗拔失效模式C如圖，試驗(yàn)表面在上拔力作用下，當(dāng)產(chǎn)生的負(fù)壓超過一定限值時(shí)，筒體及其土塞一塊拔出，土塞下方土體為剪損，底面為剪切滑移的錐形面。極限抗拔承載力：(2-51)式中：；；在泥面下深度為處(筒底截面)土的抗剪強(qiáng)度；為土容重。砂土中筒型基礎(chǔ)極限抗拔承載力當(dāng)拔筒的速率過快時(shí)，有可能排水不充分，這時(shí)筒內(nèi)土頂部未必形成真空。向上的水力梯度要將樁內(nèi)的土舉起時(shí)，所需要的拔筒速率可由下式確定： (2-52)式中：海底與樁內(nèi)土頂之間的水頭差。拔筒時(shí)；，其中，為筒截面的內(nèi)、外直徑；β＝24，對(duì)于筒型基礎(chǔ)，β取2.5比較合理的。完全排水狀態(tài)下的抗拔力：當(dāng)拔筒的速率小于為完全排水狀態(tài)，失效模式與粘土失效模式A相似，但抗拉力會(huì)進(jìn)一步降低。(2-53)式中：；；；、筒外壁、筒內(nèi)壁的正壓力；一般可取0.11；筒基外部泥面高度，即插深；筒基高度。未完全排水狀態(tài)下的抗拔力：當(dāng)拔筒速率大于v時(shí)不能達(dá)到完全排水，其抗拔力：(2-54)式中：；(其中t為筒頂平均厚度)；；；；；筒內(nèi)的梯度；筒外的梯度。筒型基礎(chǔ)穩(wěn)定性分析筒型基礎(chǔ)抗滑移穩(wěn)定性分析筒型基礎(chǔ)平臺(tái)在運(yùn)行期間受到風(fēng)、波浪、海流和冰載荷等環(huán)境載荷的作用，這些載荷是使平臺(tái)產(chǎn)生滑移的滑動(dòng)力。平臺(tái)的抗滑力包括土壤的粘結(jié)力、摩擦力和土壓力。其抗滑穩(wěn)定可按帶裙板的基礎(chǔ)考慮，抗滑力將隨地基土的性質(zhì)而定。為保證平臺(tái)的穩(wěn)定，作用在平臺(tái)上的水平力應(yīng)滿足下式：(2-55)式中：T作用在平臺(tái)上的水平合力（N），包括風(fēng)力、冰力、波流力等；P作用在地基上的豎向合力(N),包括設(shè)備重、結(jié)構(gòu)自重、導(dǎo)管內(nèi)灌漿重及其它重量，再減去不同工況下的浮力；土的內(nèi)摩擦角；A滑動(dòng)面面積()；c土的粘結(jié)力(Pa)；K安全系數(shù)，一般不小于1.5；Pp被動(dòng)土壓力（Pa）Pa主動(dòng)土壓力（Pa）筒型基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性分析在設(shè)計(jì)載荷作用下，淺基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性應(yīng)滿足下式：(2-56)式中：M0傾覆力矩（Nm）；K安全系數(shù)，一般采用2.0；抗傾力矩（Nm），包括結(jié)構(gòu)總有效重量所產(chǎn)生的力矩和土抗力所產(chǎn)生的力矩，計(jì)算時(shí)考慮結(jié)構(gòu)偏心作用，土抗力可按API規(guī)范中的極限抗力計(jì)算(詳細(xì)內(nèi)容參加2.2.1部分)：筒型基礎(chǔ)沉降分析土的流變特性土體的變形和強(qiáng)度不僅決定于有效應(yīng)力，而且還與時(shí)間有關(guān)，這種現(xiàn)象稱為土的流變現(xiàn)象。任何一種土體，具有流變性質(zhì)是絕對(duì)的，其顯著程度與土的微觀結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。片架結(jié)構(gòu)的軟粘土，往往具有較明顯的流變性。工程實(shí)踐中，土的流變現(xiàn)象主要包括如下幾項(xiàng):蠕變-即恒定應(yīng)力作用下，變形隨時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象。松弛-即變形恒定情況下，應(yīng)力隨時(shí)間衰退的現(xiàn)象。松動(dòng)-即給定時(shí)間的變形速率隨應(yīng)力變化的現(xiàn)象。長(zhǎng)期強(qiáng)度-在長(zhǎng)期受力作用下，巖土的強(qiáng)度隨歷時(shí)而變化的現(xiàn)象。土的流變變形分為壓縮蠕變和剪切蠕變兩大類。對(duì)于沉降分析，主要考慮土受壓時(shí)的流變特性；對(duì)于強(qiáng)度問題則主要研究土受剪切時(shí)的流變特性。軟土中出現(xiàn)的流變現(xiàn)象，很大程度上時(shí)屬于蠕變現(xiàn)象，本課題只研究壓縮蠕變。蠕變的機(jī)理土是由固體的土顆粒、水和氣體所組成的多孔介質(zhì)。在自然形成過程中，土形成了單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式。在外力作用下，空隙中的水和氣體部分被擠出，土顆粒重新排列使土骨架變形，一方面，土顆粒與孔隙流體之間的摩擦力，使孔隙流體的排出受到阻礙，使土體變形延滯；另一方面，土顆粒之間的接觸是結(jié)合水膜之間的接觸，結(jié)合水具有的粘滯性也使土體的變形需要有一個(gè)過程。因此，土體的變形不僅與應(yīng)力有關(guān)，也還與時(shí)間有關(guān)。土體所顯示的特性表明，土體既不是彈性體，也不是塑性體，而是粘彈性體。地基沉降的組成地基沉降包括瞬時(shí)沉降、主固結(jié)沉降、次固結(jié)沉降。瞬時(shí)沉降是地基受荷載后立即發(fā)生的沉降。對(duì)于飽和土體來說，受荷的瞬間空隙中的水尚未排除，土體的體積沒有變化。因此瞬時(shí)沉降是由土體產(chǎn)生的剪切變形所引起的沉降，其數(shù)值與基礎(chǔ)的形狀、尺寸及附加應(yīng)力大小等因素有關(guān)。主固結(jié)沉降是地基受荷后產(chǎn)生的附加應(yīng)力，使土體的孔隙減少而產(chǎn)生的沉降。通常這部分沉降量是地基沉降的主要部分。次固結(jié)沉降是地基在外荷載作用下，經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間，土體中超孔隙水壓力已經(jīng)完全消散，有效應(yīng)力不變的情況下，由土的固體骨架長(zhǎng)時(shí)間緩慢蠕變所產(chǎn)生的沉降稱為次固結(jié)或蠕變沉降。一般土中這部分沉降的數(shù)值很?。坏珜?duì)含有機(jī)質(zhì)的厚層軟粘土，卻不可忽視。綜上所述，地基的總沉降為瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三者之和。(2-57)影響地基沉降的因素軟土地基的沉降性狀由兩個(gè)因素控制：一、前期固結(jié)壓力是粘性土地基沉降分析的一個(gè)關(guān)鍵因素，由前期固結(jié)壓力反映地質(zhì)歷史。如果地基所受的應(yīng)力增量步大，結(jié)果是最終應(yīng)力小于前期固結(jié)壓力，則沉降就會(huì)較小。如果應(yīng)力增量很大，使最終應(yīng)力超過前期固結(jié)壓力，沉降就會(huì)相當(dāng)可觀，甚至使基礎(chǔ)及其支撐的上部結(jié)構(gòu)難以承受。二、滲透性。它控制了由應(yīng)力改變所引起的變形的發(fā)生速率。根據(jù)前期固結(jié)壓力與有效的覆蓋土自重應(yīng)力的比值，即超固結(jié)比(OCR)確定土的固結(jié)狀態(tài)，劃分為超固結(jié)土、正常固結(jié)土與欠固結(jié)土三種類型：正常固結(jié)土()正常固結(jié)土是指土層歷史上經(jīng)受的最大壓力，等于現(xiàn)有覆蓋土的自重壓力。土體在搬運(yùn)沉積的生成過程中，不斷地逐漸向上堆積到目前地面的標(biāo)高，并在土的自重壓力作用下完成固結(jié)，此固結(jié)壓力即為土的有效自重壓力。大多數(shù)建筑場(chǎng)地的土層，均屬于這類正常固結(jié)土。超固結(jié)土()超固結(jié)土是指該土層歷史上曾經(jīng)受過大于現(xiàn)有覆蓋土重的前期固結(jié)壓力。歷史上最高地面比目前地面高很多，后因各種原因(包括水流沖刷、冰川作用等人類活動(dòng)等)，搬走相當(dāng)厚的沉積物，將地面降至目前標(biāo)高。在目前地下深度z處，前期固結(jié)壓力為。前期固結(jié)壓力與現(xiàn)有土重壓力之比值，稱為超固結(jié)比，通常表示為OCR。超固結(jié)土()欠固結(jié)土是指土層目前還沒有完全固結(jié)，土層實(shí)際固結(jié)壓力小于土層自重壓力。例如：我國(guó)黃河入?？冢S河平均每年攜帶的10多億噸泥沙沉積下來，還沒有完成固結(jié)。這類土稱為欠固結(jié)土。地基沉降的計(jì)算地基幾種沉降的計(jì)算方法如下：(1)地基瞬時(shí)沉降計(jì)算模型試驗(yàn)和原型觀測(cè)資料表明，飽和粘性土的瞬時(shí)沉降，可近似地按彈性力學(xué)公式計(jì)算:(2-58)式中:土的泊松比，假定土體的體積不可壓縮，取0.5；E地基土的變形模量，采用三軸壓縮試驗(yàn)初始切線模量或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際荷載下，再加載模量；p荷載板的壓應(yīng)力，kPa；B矩形荷載的短邊或圓形荷載的直徑，cm。(2)地基主固結(jié)沉降計(jì)算對(duì)于不同的土層安其固結(jié)狀態(tài)(超固結(jié)土、正常固結(jié)土與欠固結(jié)土)選用不同的沉降計(jì)算式。正常固結(jié)土的沉降計(jì)算采用一般分層總和法，將地基分成足夠薄的均質(zhì)土層來計(jì)算：(2-59)超固結(jié)土的沉降計(jì)算求先期固結(jié)壓力，然后根據(jù)超固結(jié)的程度，分下列兩種情況計(jì)算：當(dāng)附加應(yīng)力時(shí)，各層土i的固結(jié)沉降量：(2-60)當(dāng)附加應(yīng)力時(shí)，各層土i的固結(jié)沉降量：(2-61)總沉降量：(2-62)欠固結(jié)土的沉降計(jì)算欠固結(jié)土的沉降包括兩部分：1)由土的自重應(yīng)力增量(即固結(jié)完成后的有效自重應(yīng)力與目前有效自重應(yīng)力之差)產(chǎn)生的沉降；2)由附加應(yīng)力產(chǎn)生的沉降。(2-63)式中：第i層土的回彈指數(shù)；第i層土的壓縮指數(shù)；第i層土的先期固結(jié)壓力，kpa；第i層土的自重應(yīng)力增量平均值，kpa；第i層土的附加應(yīng)力增量平均值，kpa；第i層土的厚度，m；第i層土的初始空隙比。(2)地基次固結(jié)沉降計(jì)算如果所施加的壓力小于土的前期固結(jié)壓力，次固結(jié)的發(fā)展緩慢并可忽略。可是，若荷載接近或超過前期固結(jié)壓力，由次固結(jié)引起的沉降(特別是在高壓縮性的軟土中)就會(huì)在總沉降中占一個(gè)相當(dāng)?shù)谋戎?。在時(shí)間時(shí)的次壓縮沉降計(jì)算公式為(分層總和法)：(2-64)式中:次壓縮系數(shù)，，w為天然含水率；所求次固結(jié)沉降的時(shí)間；相當(dāng)于主固結(jié)度為100%的時(shí)間。沉降的規(guī)范計(jì)算方法沉降的規(guī)范計(jì)算方法如下：短期沉降假設(shè)基礎(chǔ)材料為各向同性的均勻的。假設(shè)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是圓的，剛性的，靜止于土壤表面，在豎向荷載作用下基礎(chǔ)的變形如下：(2-65)式中：豎向位移；豎向荷載；土壤的彈性剪切模量；土壤的泊松比；基礎(chǔ)的半徑。長(zhǎng)期沉降土壤層在強(qiáng)加的豎向荷載作用下的預(yù)計(jì)豎向沉降可由下式確定：(2-66)式中：豎向位移；土層厚度；土壤的初始孔隙率；土壤壓縮指數(shù)；初始有效豎向應(yīng)力；附加有效豎向應(yīng)力?；A(chǔ)沉降的計(jì)算深度：基礎(chǔ)下面土壤底層的深度可由下列公式確定：(2-67)式中：基礎(chǔ)的直徑；基礎(chǔ)底部土壤深度。附加應(yīng)力的計(jì)算：作用在圓形區(qū)域上的豎向附加應(yīng)力可由下列公式計(jì)算：(2-68)式中：圓心下豎向應(yīng)力分配系數(shù)；基礎(chǔ)的半徑；從基礎(chǔ)底部到計(jì)算層的距離；圓形區(qū)域上的平均荷載。壓縮指數(shù)的計(jì)算：土壤的壓縮指數(shù)可由下式進(jìn)行計(jì)算：(2-69)式中：—土壤初始孔隙率。有限元計(jì)算結(jié)果分析荷載位移曲線一般來說，確定基礎(chǔ)豎向極限承載力需要通過試驗(yàn)得到的荷載-沉降位移曲線，即常說的曲線來確定。在本文中，則通過有限元計(jì)算得到的曲線來確定筒型基礎(chǔ)的極限承載力。通常，試驗(yàn)和計(jì)算得到的曲線可分為陡變型和緩變型兩種典型情況。由于本文研究的對(duì)象是在軟粘土中的筒型基礎(chǔ)，其曲線應(yīng)該是緩變型的，對(duì)于這種緩變型的曲線，沒有明顯的拐點(diǎn)，需要根據(jù)沉降量來確定基礎(chǔ)的極限承載力。根據(jù)目前的研究成果，可將(筒型基礎(chǔ)筒徑)對(duì)應(yīng)的荷載值作為極限承載力。由于本文的研究對(duì)象為松散的淤泥質(zhì)軟粘土，所以按對(duì)應(yīng)的荷載值作為筒型基礎(chǔ)的豎向極限承載力。spaspab圖2-10荷載-位移曲線水平極限承載力，一般也是采用曲線法確定,通常只要確定筒體達(dá)到的極限狀態(tài)的位移就可以確定基礎(chǔ)的極限承載力。但目前對(duì)筒體達(dá)到極限狀態(tài)的位移沒有論述，借鑒樁的水平極限位移。一般在軟土中進(jìn)行水平承載力試驗(yàn)，其達(dá)到極限荷載時(shí)的水平位移往往超過建筑物的容許水平位移，所以通常通過變形條件來確定極限荷載，筒頂位移達(dá)到筒直徑的1/20-1/15。模型計(jì)算結(jié)果分析本計(jì)算結(jié)果中的有限元模型的建立過程和各種參數(shù)的選取見后續(xù)章節(jié)。本章在已建立好的模型基礎(chǔ)上，采用位移控制法來確定平臺(tái)的極限荷載，并分析筒型基礎(chǔ)在水平和豎直極限荷載作用下的失效破壞模式，將筒型基礎(chǔ)平臺(tái)極限承載力的理論值和有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而通過有限元解來驗(yàn)證理論的正確與否。圖2-11、2-12、2-13是有限元模擬的筒型基礎(chǔ)豎向抗壓、抗拔和水平向受荷失效破壞情況和各自的荷載位移曲線。圖2-11筒型基礎(chǔ)抗壓失效模式和受壓荷載位移曲線圖由圖可以看出,筒型基礎(chǔ)在受壓情況下的曲線是緩變型曲線，此時(shí)承載力的確定需根據(jù)沉降量。荷載位移曲線呈非線性變化，在加載的初期，位移變化率很小，隨著荷載的增加，位移變化率越來越大。圖2-12筒型基礎(chǔ)抗拔失效模式和抗拔荷載位移曲線圖抗拔情況下的曲線的前面部分是緩變形，后面部分成為一條直線。這是因?yàn)椋涸诩虞d前期，筒基位移幾乎為零，隨著荷載的增加，筒基與土體之間出現(xiàn)了相對(duì)滑動(dòng)，產(chǎn)生了相對(duì)位移。剛開始盡管荷載增加較多，筒體位移量小，直到荷載達(dá)到一個(gè)極限荷載后，位移迅速增加，即使荷載不再增大，但筒基的位移仍然不斷增大，筒基可完全被拔出。圖2-13筒型基礎(chǔ)水平失效模式和水平荷載位移曲線圖筒型基礎(chǔ)筒體由于自身剛度較大以及插入土體深的特點(diǎn)，水平力作用下其整體穩(wěn)定性的破壞形態(tài)主要表現(xiàn)為繞某插入點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)傾覆。轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)以下埋深會(huì)對(duì)筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定產(chǎn)生“嵌固效應(yīng)”。在水平外荷載作用下，筒體的背載側(cè)有向下插入的趨勢(shì)，而筒體的臨載側(cè)有向上拔出的趨勢(shì)，從有限元分析結(jié)果顯示當(dāng)水平外荷載較小時(shí)，筒體繞接近筒體底部中軸線的某一點(diǎn)做剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，并伴隨著小量滑動(dòng)，隨著荷載的逐漸增大，轉(zhuǎn)動(dòng)中心逐漸向上移動(dòng)，筒體的運(yùn)動(dòng)形式也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)。圖2-14分別顯示了筒型基礎(chǔ)在豎向壓、抗荷載和水平荷載作用前后筒內(nèi)側(cè)土體單元的接觸應(yīng)力等值線。圖2-14荷載作用前后筒內(nèi)側(cè)土接觸壓力等值線對(duì)比由圖可以看出,在荷載作用之前，土體的接觸壓力等值線比較均勻，由上至下逐漸增大，接觸壓力主要是由于筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的自重而引起的。在水平力作用之后，土體單元的應(yīng)力等值線向土底部轉(zhuǎn)移，并且集中在底部的某些區(qū)域，很明顯可以看出，水平力作用時(shí)，隨著荷載的逐漸增大，筒型基礎(chǔ)與筒內(nèi)土的接觸部分越來越小，在極限荷載條件下，接觸面變成四個(gè)點(diǎn)，筒型基礎(chǔ)繞著這四個(gè)點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)傾覆。豎向拔、壓荷載作用下，接觸壓力等值線仍然比較均勻，但變的疏松，受拔時(shí)的接觸壓應(yīng)力小于受壓時(shí)的接觸壓應(yīng)力，受拔時(shí)筒型基礎(chǔ)筒頂與土體失去接觸。圖2-15是筒型基礎(chǔ)在水平荷載作用下，與筒接觸的土體單元等效塑性應(yīng)變?cè)茍D。圖2-15筒內(nèi)、外側(cè)土體等效塑性應(yīng)變?cè)茍D從云圖中可以看出在水平荷載作用下，發(fā)生傾斜破壞時(shí)，筒體內(nèi)、外側(cè)有部分土體單元的等效塑性應(yīng)變大于0，說明破壞時(shí),這部分土體受到的應(yīng)力最大,最終發(fā)生屈服失效。理論計(jì)算與有限元計(jì)算的比較表2-2是理論和有限元計(jì)算結(jié)果，承載力的理論計(jì)算結(jié)果與有限元結(jié)果相差基本在10％以內(nèi)，可見有限元和理論結(jié)果能得到較好的吻合。表2-2承載力計(jì)算結(jié)果承載力類別失效模式有限元模擬結(jié)果abcdef水平承載力(MN)7.838.757.268.238.277.818.02豎向抗壓承載力(MN)17.1－－－－－17.52豎向抗拔承載力(MN)10.519.9410.92－－－10.99圖2-16水平承載力理論計(jì)算與有限元值差值百分比由上圖可以看出，在小位移下的失效模式(a)、(b)下的計(jì)算值與有限元計(jì)算值相比,失效模式(a)的計(jì)算較合理,失效模式(b)的理論計(jì)算值明顯大于有限元值，故采用失效模式(a)計(jì)算極限水平荷載，用于平臺(tái)基礎(chǔ)的筒型基礎(chǔ)可采用這種失效模式計(jì)算。在大位移下失效模式(c)下的計(jì)算值明顯偏小而不采用，失效模式(d)、(e)、(f)的計(jì)算值都接近于有限元值。圖2-17豎直承載力理論計(jì)算與有限元值差值百分比對(duì)于豎向抗拔承載力，失效模式(c)的計(jì)算值和有限元理論值較為接近，失效模式(b)的計(jì)算值和有限元值相差偏大。由以上分析結(jié)果可以看出,有限元模擬得到的抗壓和水平荷載位移曲線均為緩變型,而抗拔位移曲線在加載初期也是緩變型,后期由于筒型基礎(chǔ)被拔出而變成直線。有限元計(jì)算結(jié)果、模型的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)都與前人試驗(yàn)結(jié)論和理論計(jì)算符合的較好，這些都充分說明本計(jì)算模型是正確的。第三章筒型基礎(chǔ)平臺(tái)三維彈塑性數(shù)值模型的建立筒型基礎(chǔ)平臺(tái)三維彈塑性數(shù)值模型的建立概述在20世紀(jì)40年代以前，在工程科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，對(duì)于許多問題已提出了諸如變分法、差分法和松弛法等數(shù)值計(jì)算方法，但是這些方法的共同缺點(diǎn)是只能求解幾何形狀規(guī)則的問題，而不能求解幾何形狀復(fù)雜的問題。到了20世紀(jì)40年代中期，隨著電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和飛速發(fā)展，人們想到了利用計(jì)算機(jī)求解桿系結(jié)構(gòu)問題。Courant(1943)首先提出用假設(shè)的小塊函數(shù)的集合來代替被積函數(shù)，這些小塊函數(shù)通過插值法以結(jié)點(diǎn)值來表達(dá)，以此來求解St.Venant扭轉(zhuǎn)問題，這可以是有限元法的雛形。經(jīng)過逐步完善，有限元法已成為強(qiáng)有力的數(shù)值分析方法。有限單元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個(gè)、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元的組合體。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行組合，且單元本身又可以有不同形狀，因此可以模型化幾何形狀復(fù)雜的求解域。有限單元作為數(shù)值分析方法的另一個(gè)重要特點(diǎn)是：利用在每一個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來有限單元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個(gè)、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元的組合體。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行組合，且單元本身又可以有不同形狀，因此可以模型化幾何形狀復(fù)雜的求解域。有限單元法作為數(shù)值分析方法的另一個(gè)重要特點(diǎn)是：利用在每一個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示全求解域上待求的未知場(chǎng)函數(shù)。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場(chǎng)函數(shù)或及其導(dǎo)數(shù)在單元各個(gè)結(jié)點(diǎn)的數(shù)值和其插值函數(shù)來表達(dá)。這樣一來，一個(gè)問題的有限元分析中，未知場(chǎng)函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在各個(gè)結(jié)點(diǎn)上的數(shù)值就成為新的未知量（也即自由度），從而使一個(gè)連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。一經(jīng)求解出這些未知量，就可以通過插值函數(shù)計(jì)算出各個(gè)單元內(nèi)場(chǎng)函數(shù)的近似值，從而得到整個(gè)求解域上的近似解。顯然隨著單元數(shù)目的增加，也即單元尺寸的縮小，或者隨著單元自由度的增加及插值函數(shù)精度的提高，解的近似程度將不斷改進(jìn)。如果單元是滿足收斂要求的，近似解最后將收斂于精確解。到目前為止，有限單元法的應(yīng)用已由彈性力學(xué)平面問題擴(kuò)展到空間問題、板殼問題，由靜力平衡問題擴(kuò)展到穩(wěn)定問題、動(dòng)力問題和波動(dòng)問題，分析領(lǐng)域從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)等連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，分析對(duì)象也由彈性材料擴(kuò)展到塑性、粘彈性、粘塑性和復(fù)合材料等。它的優(yōu)點(diǎn)是:①可以分析形狀十分復(fù)雜的、非均質(zhì)的各種實(shí)際工程結(jié)構(gòu):②可以在計(jì)算中模擬各種復(fù)雜材料的本構(gòu)模型、荷載以及初始條件。挪威在北海安裝筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的成功，引起了國(guó)際海洋工程界的極大關(guān)注。這種筒型基礎(chǔ)平臺(tái)利用負(fù)壓原理，改變了傳統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，具有重量輕、海上安裝簡(jiǎn)便、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，極大地降低了平臺(tái)的造價(jià)。因此，在我國(guó)的灘海地區(qū)，如能發(fā)展這一新技術(shù)，無疑對(duì)加快我國(guó)海上油氣的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)石油發(fā)展的戰(zhàn)略方針有長(zhǎng)期的和深遠(yuǎn)的意義。經(jīng)過幾年的潛心研究，我國(guó)第一座先導(dǎo)型試驗(yàn)筒型基礎(chǔ)平臺(tái)位于大港油田建造的張巨河人工島附近，即河北省黃弊市歧口鎮(zhèn)張巨河村與后塘村東側(cè)的海域。平臺(tái)所處位置在古黃河入海回淤區(qū)，此灘地為河流帶入海灣的細(xì)小顆粒泥沙形成的淤泥質(zhì)海岸，淤泥厚度一般在7-19米。因此在我們建立的數(shù)值分析模型中，如果選用線彈性模型或非線性彈性模型，如Duncan-Chang模型，就不能準(zhǔn)確地模擬軟粘土在荷載作用下的非線性應(yīng)力應(yīng)變特性。因此，在筒型基礎(chǔ)平臺(tái)的數(shù)值分析中應(yīng)用土的彈塑性模型已勢(shì)在必行。目前，在國(guó)外巖土工程實(shí)踐中利用土的彈塑性進(jìn)行土工分析比較普遍。從Zienkiewicz于1971年將著名的劍橋模型用于有限元分析開始，眾多國(guó)外學(xué)者就利用劍橋模型、修正劍橋模型和Drucker-Prager模型等彈塑性模型對(duì)土壩、各種建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行了有限元計(jì)算，得到了合理的結(jié)果。在我國(guó)，從70年代末開始了彈塑性模型用于實(shí)際土工問題的探索工作，例如土石壩的應(yīng)力分析和固結(jié)變形、油罐基礎(chǔ)的沉降，也取得了一定的成果，但用的不如Duncan-Ch