强度沿深度增加土层中张紧式吸力锚承载力研究.pdfVIP

摘 要 随着人类对油气能源需求的日益增加，海洋油气开采逐渐走向深水，张紧式 吸力锚作为一种新型的深水海洋平台基础开始在世界范围内开始得到应用。目前 对于强度沿深度线性增加土体中静荷载作用下以及静荷载和循环荷载共同作用 下吸力锚的破坏模式和承载特性的研究比较缺乏。本文针对这一问题通过模型试 验和数值模拟来展开研究。 首先，采用真空分层预压法制备了强度随深度线性增加的土层。制备过程中， 只在底部设置土工布，土箱四周不设置排水边界，这样可以减少四周土体硬壳的 形成，从而降低边界效应。 其次，在强度随深度线性增加的土层中，通过模型试验研究吸力锚在静荷载 作用下的破坏模式。当荷载位移曲线的斜率接近为零时，对应的外荷载即为所要 求得的极限承载力，并将该承载力对应的系泊点沿系泊方向位移大小定义为破坏 标准，对于不同的破坏模式应按照不同的位移标准确定极限承载力，并且按照这 一标准得到的极限承载力大小与理论计算值较为吻合。不同土层中长径比以及加 载方向的改变对锚承载特性的影响并不一致，当锚为竖向破坏时，其承载力的大 小由竖向抗力决定；当锚为水平破坏时，其承载力的大小由水平抗力决定。 再次，进行平均荷载和循环荷载共同作用下张紧式吸力锚的模型试验，结果 表明：当静荷载试验为竖向破坏时，在平均荷载和循环荷载共同作用下锚的破坏 为竖向破坏，当静荷载试验为水平破坏时，虽然平均荷载和循环荷载共同作用下 锚的破坏仍为水平破坏，但是随着循环荷载比的增大，锚系泊点的运动方向角逐 渐增大且均大于静荷载作用下的运动方向角，这一现象说明循环荷载对锚竖向抗 力的弱化程度大于对其水平抗力的弱化程度，并且随着循环荷载比的增大，这种 弱化差异越明显。将强度沿深度线性增加土体中的试验结果和强度沿深度均匀不 变土体中的试验结果进行比较，在加载方向和平均荷载比相同时，土层条件改变 对锚的循环承载力比也没有显著影响。 最后，在强度沿深度线性增加的土层中，采用有限元法分析张紧式吸力锚承 载力，其中接触模型以及弹性模量的选取与强度沿深度均匀不变的土层中保持一 致，结果表明有限元计算结果与模型试验结果较为吻合。 关键词：锚固基础 吸力锚 土层条件 锚的破坏模式 极限承载力 循环荷载 ABSTRACT With the increasing of human demand for oil and gas energy, marine oil and gas production gradually toward deep water, suction anchors with mooring system as a new deep-water marine platform, has been used recently. Currently, the study on the failure mode and bearing characteristics of the suction anchor under static loading and under static loading with cyclic loading in soft clay where the strength increase along the depth were lack of relatively. This article will solve this problem through model experiments and numerical simulation study. First of all, we prepared the soil clay where the soil strength increased linearly with depth by vacuum layered preloading method. In the preparation process, we only set geotextile in the bottom and do not set drainage boundaries around the soil box, this can reduce the formation of a hard shell of the surrounding soil, thereby reducing side eff