力學(xué)大會2015集水下設(shè)施淺基礎(chǔ)貫入及側(cè)向穩(wěn)定性計(jì)算分析

魏會東*，姜瑛*，苗春生+，顧永維*（海洋石油工程，+（海油工程水下技術(shù)，對于此種淺基礎(chǔ)，參考樁的貫入計(jì)算以及土力學(xué)條件，采用理論對于淺基礎(chǔ)的貫入和側(cè)向穩(wěn)定性水下設(shè)施，淺基礎(chǔ)，貫入，側(cè)向穩(wěn)定性，有限元時(shí)，吊點(diǎn)可以作用在基礎(chǔ)上[2]1所示的水下設(shè)施淺基礎(chǔ)，型鋼位于基礎(chǔ)以下，可起到部分裙QcQfQpfAsqAp 其中，Qc為極限軸向抗壓承載力； 為側(cè)向受壓摩擦阻力；Qp為端部阻力。側(cè)向摩擦阻對于粘土，其單軸摩擦力約等于抗剪切強(qiáng)度；端部承載力系數(shù)按9倍的剪切強(qiáng)度考慮。APIRP2GEO規(guī)范中對于淺基礎(chǔ)的承載力計(jì)算，其中粘土的不排水承載力計(jì)算按QdsuNcKc Qd為最大豎向su為基礎(chǔ)面處的不排水剪切強(qiáng)度；Nc為無量綱常數(shù)，5.14Kc海床傾斜系數(shù)等；A為水平面積。經(jīng)過理論計(jì)算得到的型鋼的貫入阻力、平板的承載力以及總的貫入阻力值見表1。由計(jì)算結(jié)果減小H型鋼的端部面積并在頂板上開孔，可從一定程度上利于貫入。

位 阻 型 頂 合 HdsuoHKrusuave

H為極限水平阻力；suave為海床表面至基礎(chǔ)面的平均土壤剪切強(qiáng)度；Ah為基礎(chǔ)嵌KruKru與裙板的粗糙度、基礎(chǔ)形狀、側(cè)面剪2基礎(chǔ)側(cè)向穩(wěn)定性計(jì)算側(cè)向阻力KruKruABAQUS210倍的對應(yīng)基礎(chǔ)邊長，總深度為10米，其中初始下部土壤深度為8米，上部空隙深度為2米；貫入采用耦合-日方法（CEL）進(jìn)行顯式計(jì)算分析來模擬準(zhǔn)靜態(tài)過程，其中土壤采用歐采用材料模型，滿足理想彈塑性條件，彈性模量為2.5MPa，泊松比為0.49，粘聚力為3MPa；側(cè)面和底面上，其速度設(shè)置為0，認(rèn)為無材料流入和流出。貫入分析時(shí)施加垂直向下的位移300mm0.5s40mm1s。經(jīng)過有限元計(jì)算貫入分析得到的位移-反力曲線見圖3和圖4。由圖3可見，計(jì)算在淺基礎(chǔ)貫0.02m后趨于40.02m以后的位移-反力曲線與理論值的比較4可見，在淺基0.02m~0.3m100kN270kN之間變化，大部分位于理論計(jì)算值247kN以內(nèi)，因此，理論計(jì)算和有限元分析的結(jié)果基本符合，可按照以上介紹的理論計(jì)算估計(jì)該淺基礎(chǔ)的貫入力，以安全系數(shù)為3.0考慮，則結(jié)構(gòu)壓載的重量至少要達(dá)到750kN。

經(jīng)過有限元計(jì)算側(cè)向穩(wěn)定性分析得到的位移-反力曲線見圖5和圖6。由圖5可知，有限元計(jì)算在水平位移達(dá)0.07m后逐步增大直到穩(wěn)6是0.07m后的位移-反力曲線與理論上限和下660kN左右，與理論上限值符合，由于在2.0考慮，則結(jié)構(gòu)的最大抗側(cè)滑能力在17kN~30kN之間。近似采用樁基礎(chǔ)的貫入計(jì)算，包括裙板的端部阻力和側(cè)向摩擦阻力，平板阻力可近似采用淺采用基于耦合- 1高原,，，.深水水下生產(chǎn)系統(tǒng)及工藝設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.中國海上油氣，2014,26(4)：84-3，，，等.復(fù)合加載模式下不排水飽和軟黏土中寬淺式筒型基礎(chǔ)地基承載力包絡(luò)線研究.巖土工程學(xué)報(bào)146-4，翟，.海上風(fēng)電大尺度頂承式筒型基礎(chǔ)承載力特性有限元分析.工程力學(xué)，2013，30（6）:124-5，.淺基礎(chǔ)在水平荷載與力矩荷載作用下的承載能力.水利學(xué)報(bào)，2010，41（10）:1201-API.Geotechnicalandfoundationdesignconsiderations.APIRP2GEO,CALCULATIONAND YSISFORPENETRATIONANDLA STABILITYFORSHALLOWFOUNDATIONOFSUBSEAFACILITYWEI JIANG MIAOChunsheng2GU(1OffshoreOilEngineeringCo.,.,No.1078DanjiangRoad,Tianjin300451,(2ShenzhenCOOECSubseaTechnologyCo.,.,No.1067NanhaibigRoad,Shenzhen518067,Shallowfoundationiswidelyadoptedinsubseafacilityaspermanentfoundation.Inordertoincreasethelalstability,Hsteelskirtsareusedtobepenetratedintothesoil.Forthiskindofshallowfoundation,baseonthepilepenetrationandgeotechnicalconditions,thepenetrationandlalstabilityarecalculatedbytheoreticalformulas.Whiletoguaranteethedesignreliabilityandverifythetheoreticalcalculation,CoupledEulerLagrange(CEL)finiteelementysesarecarriedouttocheckthepenetrationandlalstability.TheysesshowthatthereissimilarresultbytheoreticalcalculationandFEA.Inthedesignstage,thetheoreticalcalculationvaluescanb