基于ALE法分析桩靴插桩对邻近基桩承载力的影响

大型自升钻井船通常在距采油平台较近的区域内工作,因此桩靴的贯入过程对邻近基桩的变形及承载能力可能会造成一定程度的影响。首先研究了利用动力算法计算基桩承载力的可行性,并将结果与静力算法和API规范计算方法进行比较;之后采用了ALE方法模拟了桩靴的贯入过程,揭示了土体强度、ALE模型边界尺寸、网格尺寸和土体弹性模量对桩靴最大贯入深度的影响,并确定出最优的计算方案。结合上述分析,采用最优计算方案研究了桩靴贯入对基桩承载力的影响程度,分析桩靴贯入对不同间距邻近基桩承载力的影响。分析认为,桩的径向网格数量取8、桩四分之一周方向网格数量取4、加荷速度控制在0.1 m/s时可以在准确计算基桩竖向承载力的同时最大限度节省计算资源;桩靴贯入后,基桩承载力会在一定程度上上升,上升程度随桩靴和基桩间距的增加而降低。     

海上自升式钻井平台插桩阶段桩靴承载力计算

为了准确预测海上自升式钻井平台插桩阶段贯入深度,引入流-固耦合理论,建立了饱和黏土条件下土-桩靴系统的有限元模型,利用该模型对桩靴贯入均质与非均质黏土时的桩靴承载力系数进行了数值计算。结果表明,桩靴承载力系数的大小主要取决于土体强度和桩靴贯入深度：对土体强度非均匀系数较低的土体,桩靴承载力系数与桩靴贯入深度正相关,而土体强度非均匀系数较大的土体桩靴承载力系数与桩靴贯入深度呈负相关;当桩靴贯入深度为20 m左右时,桩靴的极限承载力系数为10.30（不考虑土体回流作用）和12.25（考虑土体回流作用）。给出了插桩过程中桩靴承载力的计算方法,并利用此方法计算了渤海5号平台在特定土质条件下桩靴的贯入深度,提出的计算方法由于考虑了整个插桩过程中土-桩靴相互作用、土体的非线性特性、桩靴底面的端阻力和桩靴侧面阻力等影响,预测的桩靴贯入深度更为合理,与传统计算方法的结果相差20%左右。图9表2参25     

桩靴入泥深度预估

桩靴的入泥深度将直接影响平台的就位、转移及作业期间的安全稳定性。本文根据经验公式和SNAME规范,介绍了桩靴入泥深度的计算方法,并通过实例的计算,验证了经验公式和规范公式结算结果的差别,为自升式平台桩腿桩靴的设计提供了重要依据。     

欧拉-拉格朗日法模拟桩靴插拔对邻近桩基承载力的影响

海上自升式钻井平台插拔桩作业一般靠近固定平台,这就不可避免对固定平台桩腿产生一定影响。研究了欧拉-拉格朗日法模拟桩靴插拔与邻近桩基竖向承载力的可行性,并且分析了数值模拟中参数选取对桩基竖向承载力的影响。研究表明:当网格划分尺寸为0.25 d (d为桩基直径)、桩基加载速率为5 cm/s、桩长的30%嵌固在拉格朗日体中时,桩基竖向承载力计算结果与API规范计算结果吻合较好;桩靴贯入速度为8 m/s时,桩身弯矩的数值模拟结果与现有离心模型试验结果吻合较好;桩靴插拔后,邻近桩基竖向承载力降低率随着桩靴与桩间距的增大而减小。     

自升式平台插拔桩对邻近桩靴影响的研究

为了分析桩靴插拔过程对邻近桩靴承载力的影响，基于Plaxis 2D的有限元模型完成桩靴插拔对邻近桩靴影响的研究，基于Plaxis 3D的有限元模型完成桩靴插拔对桩靴承载力影响的研究。开展了桩靴插拔的模型试验研究，将试验结果与理论分析结果相结合，研究结果表明：两桩靴在不同间距情况下，预定贯入深度处的桩靴承载力小于这一间距的最大贯入阻力，则桩靴承载力发生折减，且承载力折减率随桩靴间距增大而减小。     

国际规范中桩靴简化处理的合理性有限元验证

现存规范对自升式钻井平台贯入阻力进行计算时,将桩靴等效为与其最大横截面面积相等的扁平圆薄板,转而对扁平薄板进行计算分析。这种方法忽略了桩靴实际外形对贯入阻力的影响,需对此简化方法的合理性进行验证。取4种不同外形的桩靴(其最大横截面积相等),运用ABAQUS有限元分析软件对4种桩靴进行实形建模,并在不同地质条件下采用耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian,CEL)法对其进行插桩模拟。计算结果表明:在相同地质条件下,不同外形桩靴的贯入阻力存在差异,但差值都在10%以内,验证了规范对桩靴简化处理的合理性。     

自升式平台桩靴承载力研究

自升式平台应用日益广泛,如何预估地基土的承载力以使平台安全作业,是需要解决的关键问题。研究了ABAQUS中土的弹塑性模型及进行数值模拟的条件等内容,应用土力学理论和有限元数值模拟两种方法,对自升式平台桩靴所受的垂向作用力进行对比分析。采用ABAQUS软件研究桩靴入泥深度和贯入阻力之间的变化规律,讨论了土体参数对桩靴贯入阻力的影响规律,得出具有一定意义的结论。     

研究探讨

正随着海上油气资源的大规模开发利用,自升式钻井船正成为海上油气开采的重要一环。而自升式钻井船在进行钻修井作业时,通常需要在海上固定平台附近进行作业,因此平台桩靴的贯入过程对邻近基桩的变形及承载能力可能会造成一定程度的影响。为确保邻近海上固定平台桩基础的稳定性,"基于ALE法分析桩靴插桩对邻近基桩承载力的影响"一文,针     

基于标贯数的自升式平台桩腿贯入深度预测方法研究

准确预测自升式平台插桩深度是保障平台安全作业的前提。结合海洋岩土工程调查方法,探讨一种新的基于标贯数的平台桩腿/桩靴贯入深度计算方法。在简要介绍了现有自升式平台桩腿/桩靴基础承载力计算方法的基础上,详细论述了标贯数的确定、承载力计算方法、标准锤击数与现场锤击数的关系等基于标贯数的平台桩腿/桩靴基础承载力计算方法。而后结合自升式平台在冀东油田多个井位的井场勘察数据,采用本方法对其多个井位、多种不同形式的平台进行了计算。结果表明,大部分井位的计算精度较高,但仍旧存在一些离散性,主要原因在于不同的海洋工程地质条件与本方法中所推荐的标贯锤击数影响系数不一样。同时还发现,在砂性土中计算结果较为准确,而黏性土计算结果相对离散,这主要是因为标贯试验对于饱和黏土的测试精度较差。该方法可作为传统计算方法的一种参考,可大大节约时间和费用。     

钻井船插桩对海洋平台桩基影响的数值研究

运用耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Euler-Lagrange, CEL)方法对钻井船就位插桩过程引起的土体响应进行分析,得到钻井船插桩过程引起的土体响应规律。在此基础上,研究钻井船桩靴对邻近海洋平台桩基的影响,结果表明:距桩靴最近的桩基受到的影响最大;随着钻井船桩靴贯入深度增大,桩基应力逐渐增大,桩基最大应力位置逐渐下移;桩靴对其斜下方处桩基应力和水平位移影响最大。钻井船插桩过程对邻近海洋平台桩基周围土体影响深度为桩靴插入深度,桩靴对桩基承载力和轴向位移影响较小。     

海洋工程大直径长桩自由入泥深度计算研究

海洋工程大直径长桩在就位后置锤的瞬间会发生自沉,校核土面以上部分的桩段在锤和桩的自重作用下发生屈曲失稳的可能性是桩可打入性分析的一个重要步骤。文章根据土力学的极限承载力理论,在分别介绍了桩自由入泥深度计算方法、桩端阻力计算方法、桩自由入泥深度判断方法的基础上,提出了计算桩自由下沉深度的评估方法。工程实例计算表明,该评估方法与实测数据吻合较好,可用于指导工程设计。     

基于p-y曲线法的风机基础侧向承载力

采用有限元软件Abaqus对海上风机固定式4桩基础侧向承载能力进行数值计算。使用三维有限元法和p-y曲线法分别对简单均匀桩的位移响应进行分析,验证p-y曲线法的准确性。使用p-y曲线法分析桩径为3.2m的4桩基础侧向承载力,并与桩径为8.0m的单桩基础侧向承载力进行对比,表明桩径为3.2m的4桩基础侧向承载力明显优于桩径为8.0m的单桩基础。所得结论为海上风机桩基础形式的选取提供参考,并为今后采用p-y曲线法对桩基础侧向承载力的快速计算提供参考。     

深水生产系统中吸力桩的承载能力计算

分析了水下生产系统在深海应用时所受环境载荷特点.通过对比,对目前应用较为广泛的几种水下生产设施的基础形式进行了研究.对打入桩、吸力桩和防沉板的适用环境条件、承载性能、安装便捷性和经济性进行了较为全面的分析,表明吸力桩的综合性能优于其他的基础形式,有广泛的应用前景.对吸力桩作为水下生产设施基础的受力情况进行了分析.根据吸力桩的结构和受载条件,说明了应用打入桩的承载能力计算方法来计算吸力桩的抗压能力和横向承载能力的合理性和局限性.     

深水吸力锚井口承载能力研究——以挪威Wisting油田水平井吸力锚井口为例

近年来随着特殊深水油气藏开发的需要,国外吸力锚筒体开始替代常规导管作为井口支撑的装置,例如挪威Wisting油田使用吸力锚技术钻成了极浅水平井。在国内,吸力锚作为深水钻井水下井口的使用尚处于起步阶段,需要对吸力锚井口承载力进行研究。该文基于API单桩轴向极限承载力经验公式的导管极限承载力计算模型,结合吸力锚负压置入受力情况进行研究,研究了吸力锚置入过程中瞬时承载力与随时间变化的实时承载力变化规律,构建了吸力锚承载力-土壤恢复系数-土壤强度的耦合计算模型。以挪威Wisting油田吸力锚设计参数及区域土壤不排水抗剪切强度为例,吸力锚承载力-土壤恢复系数-土壤强度耦合计算模型的计算结果与工程实际吻合,具有实际工程意义。     

冲刷后地基土体特性及平台桩基承载力研究

评价冲刷对桩基础的影响常采用将冲刷掉的土层直接移去且认为下层土体物理特性不变的方法。该方法忽略了冲刷前后土体经历的应力历程的差异及由此导致的土体特性变化。基于冲刷作用下砂土地基土体特性的变化,对平台桩基承载力性状进行了研究。对冲刷后砂土地基土体的摩擦角、相对密度和超固结率进行了估算。在此基础上提出冲刷后砂土地基极限土抗力计算公式,并对冲刷后桩基土抗力p-y曲线进行了修正。最后利用SACS 5.2软件分析冲刷后横向受载桩的动力响应。分析结果表明,忽略冲刷后土体特性的变化可能会导致横向受载桩过于保守的设计。     

隔水导管复合群桩竖向承载特性

基于有限元方法对阵列排布的隔水导管组成的群桩基础开展竖向载荷作用下的破坏模式研究,分析不同井口间距、桩数、桩径和桩长下隔水导管复合群桩基础的极限承载力和轴向载荷传递规律,结合隔水导管的结构特点,推导适用于隔水导管复合桩的群桩效应系数计算公式。研究表明：隔水导管复合桩群桩效应系数随距径比Sa/D1的增大、桩数N的减小、桩径D1的增大及不排水强度Su的增大而增大;增加变截面以下桩长L2,可提高复合群桩中心桩承载力发挥程度。与相同工况普通钢管桩群桩基础相比,隔水导管复合群桩基础的侧摩阻力发挥更加充分,群桩效应系数更高。     

硬土层地基破坏模式及承载能力有限元分析

存在硬土层的层状地基承载能力分析是自升式平台插桩分析的关键问题。目前对于成层土地基的极限承载力往往采用近似的方法进行计算,对地基土的破坏机制以及中间荷载下土体的应力、应变情况等问题未得到很好的解决应用有限元法(FEM)对自升式平台在硬土层地基中插桩时地基土的破坏模式和承载能力进行了分析,研究表明,B/H越大,下伏软土层越容易发生塑性破坏,极限承载力明显下降,当B/H<0.3时可以忽略下伏软土层对地基承载力的影响有限元法与3:1扩散法计算的地基极限承载力结果十分接近,通过对某平台就位实例的分析表明,有限元法分析结果与实测结果较为吻合。     

层状地层中自升式钻井平台桩脚稳定性分析

影响自升式钻井平台桩脚在层状地层中的稳定性主要是穿刺。穿刺主要发生于上部为硬土层但下部为软弱层的层状地层体系中。文章重点介绍了用于穿刺分析的两种方法,推导了计算公式,并在实例中作了应用,得到了较为一致的结果。实例中两种计算方法得到的桩脚稳定性系数为0.3~0.5,插桩深度约7.1m,与实际插桩深度较为吻合。考虑了下卧软弱层影响下的上覆硬土层的承载力计算方法既可判断穿刺可能性又能得到插桩深度,是一种简便易行的方法。同时对影响桩脚在地层中稳定性的冲刷作用和动荷载作了提示,以便在进行平台桩脚的稳定性评价时予以综合分析。