软土中吸力锚承载力分析

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1、浙江大学建筑工程学院硕士学位论文软土中吸力锚承载力分析姓名：代恒军申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：王立忠20080501摘要随着油气开采水深的逐步增加，海洋平台的形式在发生变化，与之相适应的基础形式也在发生变化。由于吸力锚具有不需要预拉，费用经济、方便施工、可重复利用等特点，在深海工程得到广泛应用。吸力锚是一种大直径圆柱薄壳结构，顶端封闭，它的外形为倒扣入海底的薄壁混凝土或钢桶，依靠自重与吸力的作用贯入海床。由风、波和流引起的荷载加载时间相对于排水时间较短，吸力锚的工作状态为不排水状态。根据

2、锚链形式的不同吸力锚的所受荷载可分为水平荷载、竖向荷载和倾斜荷载。自1970年以来，国内外许多学者运用模型实验、极限分析和有限元等方法对吸力锚的承载力进行了分析。本文首先对吸力贯入过程中所需吸力进行有限元分析，得到不同贯入深度所需的吸力大小；考察吸力锚在吸力贯入的破坏模式，与工程简化计算公式求得的结果进行了比较，并考虑了侧壁土体强度折减对破坏模式的影响。建立吸力锚抗拔承载力分析的有限元模型，利用三维有限元分析长径比分别为1．5、3、4．5和6的吸力锚在不排水的粘性土中的承载力，并绘制承载力包络图。有限

3、元分析中考虑了土质变化、侧壁强度折减、主动土压力区是否开裂对承载力的影响，通过计算得到不同荷载作用下，吸力锚的最佳受载点。利用Aubeny提出的简化上限法计算吸力锚的抗拔承载力，考虑侧壁强度折减，主动土压力区是否丌裂以及加载点位置对承载力的影响，并将简化计算方法得到的结果与有限元结果进行了比较。得到的主要结论有：(1)在吸力贯入阶段，土体的破坏模式取决于贯入所需吸力与最大允许吸力的大小，而它们的大小又与侧壁土体强度和吸力锚的埋深有关；(2)对于不排水强度随深度线性变化的情况，吸力锚的最佳受载点深度均在

4、距吸力锚顶面约0．7￡的位置，与吸力锚的长径比和所加荷载的角度无关；(3)承载力包络图为近似的双曲线，随着长径比的增加相互作用荷载角度逐渐减小；(4)侧壁强度折减对承载力包络图的形状没有影响，只是影响包络图的大小；(5)是否允许主动土压力区与吸力锚开裂对竖向承载力没有影响，而对水平承载力影响较大，尤其是在超固结土中；(6)简化上限分析法与有限元计算得到的结果吻合较好。关键词：软土地基；粘土；吸力锚；倾斜荷载；极限承载力；有限元分析；极限分析AbstractAsexplorationandproduct

5、ionofhydrocarbonresourceprogressesintoincreasinglydeepwaters，traditionalstructuresalebeingreplacedbyfloatingsystemsforexplorationandproduction．Suchstructuresrequiredeconomicalandreliableanchoragesystems．Suctionanchorisamongthemostpromisingofsuchanchorag

6、esystems．Suctionanchorsarelarge，verticalpipes，closedatthetopandopenatthebottom．111eyaceinstalledbypressuredrawdownwithinthecylinder,referredtoas‘suction’，afterpartialpenetrationofthecylinderduetoitsdeadweight．Therearethefollowingadvantagestoselectthesuc

7、tionanchors：(a)fixedlocationonseabedwhichisimportantincongestedsub—seadevelopmenL(b)simpleinstallationprocedureswithnoneedforproofloadtestingatthesite，(c)thereisnoparticlelimitationinwaterdepthorinstallation,(d)reasonablywell-establisheddesignmethodscom

8、paredtoothertypesofanchor，eventhoughnostandardCodeofPracticeisyetavailable．Generally，undrainedconditionsalerelevantinthefieldbecauseofthenatureofloadsfromwave，currentandwind,thatalerapidlyappliedrelativetothedrainagetimesincohesi