海上动力沉桩过程中桩周土体强度弱化效应的研究

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2、查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着海洋石油的开发向深海发展，以桩基为主体的导管架平台得到了广泛的应用。由于海上施工环境复杂多变，增加了沉桩难度和事故发生率，为减少经济损失，在沉桩前必须要对桩进行可打入性分析。可打入性分析中最为重要的环节就是确定沉桩阻力，然而，在动力沉桩过程中，桩周土体会受到一定程度的扰动，土体结构遭到破坏，土体强度发生弱化，使得桩侧土阻力难以确定。国内外的学者通过一系列的试验和理

3、论分析探讨了这一问题，由于土体强度弱化受诸多因素的影响，目前尚未提出准确统一的计算方法。为了对沉桩过程中土体强度弱化的程度做出定量的分析，本文采用波动方程分析法和有限元分析法对这一问题进行了研究。首先，论述了沉桩的基本原理，并采用一维应力波动理论和桩-土相互作用模型对沉桩过程进行了分析。针对打桩过程中的土体强度弱化，从土体结构性和有效应力原理两个方面进行了阐述。通过对比实测数据，发现砂性土和粘性土在强度弱化程度上存在一定的差异，论述了常用的土体强度弱化的模拟方法。其次，应用波动方程分析软件GRLWEAP对实际打桩工程进行了承载力计算

4、，结合实测打桩记录得到了实际打桩过程中的土阻力。利用最小二乘法将实测值和计算值进行数值拟合，分别得到砂性土和粘性土中土体强度弱化程度的计算公式。最后，应用有限元软件Plaxis对连续打桩过程进行了数值模拟，探讨了土体强度弱化对桩周土体的位移、应力、应变以及超孔隙水压力的影响。结果表明，由于桩的挤土作用和超孔隙水压力的产生，桩周土体的应力及应变状态均发生了变化，随着土体强度弱化的程度和锤击次数的增加，桩周土中超孔隙水压力、径向应力、径向应变和竖向应变会不断增加，竖向应力则会不断减小。关键词：动力沉桩；强度弱化；波动方程；GRLWEAP

5、；数值模拟ABSTRACTWiththedevelopmentofoffshoreoilintodeepsea,thepilehasbeenwidelyusedintheoffshoreplatforms.Asresultofpoorconstructionenvironment,pileinstallationbecomemoredifficultandtheaccidentmorefrequent.Inordertoreduceeconomicloss,predictionofpiledrivabilityisanessenti

6、allinkbeforepileconstruction.However,thesoilstructurearoundthepileisdestructedandthestrengthreduced,itbecomedifficulttoaccuratelydeterminethesoilresistancetodriving.Scholarsathomeandabroadthroughaseriesofexperimentsandtheoreticalanalysisdiscussthisproblem,duetothefthes

7、oilstrengthreductionaffectedbymanyotherfactors,therehasbeennotarigorouscalculationmethod.Tosolvethisproblem,finiteelementmethodandwaveequationmethodwereusedtostudytheprocessofpiledriving.Firstofall,thispaperdiscussesthepiledrivingprocesswiththe1-Dstresswavetheoryandpil

8、e-soilinteractionmodel.Forsoilstrengthreduction,soilstructureandeffectivestressprinciplewereexplained.Bycomparingthem