张力腿平台整体式负压基础沉贯及抗拔过程数值分析

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1、摘要张力腿平台目前广泛应用于深海石油开发，其平台基础主要分为负压桶形基础和桩基础。由于深海中地质条件普遍较差，相比桩基础而言，负压桶形基础是一种更加适合张力腿平台的基础形式。目前负压桶形基础用于张力腿平台时，其适用水深还不能满足深海开发的要求。为此，我们提出张力腿平台整体式负压基础方案，将四条张力腿下部的桶形基础连接在一起，即四个负压桶形基础成为一个整体基础，这样可以提高每单个桶基的抗拔性能、稳定性。同时由于将桶基一起协调沉贯到位，这样也相应地缩短了海上施工时间。然而在一些实际应用桶形基础过程中出现了负压沉

2、贯失败和抗拔失效的问题，迫切要求我们对桶形基础沉贯和抗拔过程进行定量的分析研究。本文针对张力腿平台整体式负压基础研究中面临的问题，取典型的粘土和砂土土壤环境，采用PLAXlS有限元软件，对张力腿平台整体式负压基础沉贯过程以及抗拔特性进行了数值模拟分析。经过研究将张力腿平台整体式负压基础沉贯过程系统分为：自重沉贯、中期固结、负压沉贯。采用分步施工算法计算桶基自重沉贯深度；对自重沉贯后土体的中期固结进行定量分析，总结超孔隙水压消散规律；应用ANSYS有限元软件，采用临界水力坡降法计算最大许用负压；实际施工负压和

3、沉贯中渗流引起的摩擦力折减，二者之间是一个相互迭代耦合的过程，采用PLAXIS有限元软件进行渗流场数值模拟，得出实际施工负压下桶壁内外摩擦力的折减系数以及总阻力，在小于许用负压前提下，确定实际施工负压；应用接触面单元的概念，模拟桶形基础与土的相互作用，考虑伴生渗流场的影响，对桶形基础的抗拔过程进行数值分析。本文经过研究探索出可行的数值计算方法，更好地应用于实际工程中。关键词：张力腿负压桶形基础PLAXIs沉贯ANsYs折减系数抗拔ABSTRACTTbnsionLegPlatf．o彻(TLP)iswidely

4、appliedtotheoilexploitationin(1eepseanoW，whosefbundationiseimersuctionbucketorpile．Becauseofbadgeologicalconditioninbluewater，thesuctionfoundationismoresuhbleforTLPthanpile．Butnow，thedepthofwaterwherethesuctionfoundationisusedforTLPcan’tsatis母therequiremem

5、ofoilexploitationindeepsea．ThusweadVancetheintegratiVesuctionfoundationprojectforTLP．Thefoursuctionbucketsunderthetensionlegsareconnectedtogethert0fomanintegratiVeone，whichcanincreasetlleupliRe日’ectandstabili够ofeachbucket．BecausethebucketSarepenetratedtoth

6、esoiltogether，theinstallationtimeintheseaisalsoshortened．ButtherearesomefailuresofpenetrationorupliRintheapplicationofbucketfoundation，whichdemandsustoanalyzethepene仃ationandupliRquantificationalIy．FortheproblemsfacedintheresearchoftheintegratiVesuctionfou

7、ndation，thispaperanalyzesthepenetra“onandupIiReff．ectofintegratiVesuctionfoundationintheclayorsandenVironmentbyusingfiniteelementso胁arePLAXIS．Thepenetrationprocessc扑bediVidedintoself二weightinstallation，reconsolidationandsuctionpene仃ation．Thedepthofself-wei

8、曲tinstallationisobtajnedbystagedconStmction．Thereconsolidationofso订afberself．weightinstallationisanalyzedtos啪marizetheruleofdissipationofexcesspore—nuidpressure．TheallowablenegatiVepressureiscalculatedwithcri