筒型桩靴的贯入阻力及其对邻近桩基础的影响研究

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1、筒型桩靴的贯入阻力及其对邻近桩基础的影响研究StudyonBucketSpudcanPenetrationResistanceandInfluenceonAdjacentPile学科专业：岩土工程研究生：吴曲楠指导教师：朱平研究员天津大学建筑工程学院二零一七年十二月摘要自升式钻井平台机动性好，可重复使用，对水深适应性强，在各类可移动式平台中占据主导地位。平台工作时需要将底部带有大直径桩靴基础的桩腿插入海床中来为自身提供足够的支撑力。受到海上复杂环境条件和地质条件的影响，传统的倒锥形桩靴在使用过程中易出现稳定性不足、“穿刺”海床、对周围平台桩基础影响大等问题，而筒型桩靴可以很

2、好的避免这些不利情况的发生，逐渐受到关注。本文通过开展饱和砂土中1g条件下的小比尺模型试验，研究了筒型桩靴在不同贯入速度条件下的插桩阻力，及其插、拔过程对不同直径、间距和桩顶约束条件下邻近桩的影响，并结合地基极限承载力理论和CEL有限元方法对筒型桩靴的贯入阻力和插、拔过程中土体的运动趋势进行了分析，主要内容及结论如下：1．系统总结了近年来国内外学者对自升式钻井平台桩靴的研究现状和发展动态，并对两种类型桩靴的插桩阻力及桩靴插、拔过程对邻近桩的影响进行了详细介绍。2．通过小比尺模型试验，研究了饱和砂土中贯入速度对筒型桩靴插桩阻力的影响，基于地基承载力理论提出了筒型桩靴贯入阻力的

3、计算方法，进而采用CEL有限元方法模拟了筒型桩靴的贯入过程，并与试验结果进行了比较。研究发现：当模型试验中桩靴贯入速度在0.1-0.3mm/s时，筒型桩靴的贯入可看作是准静态过程，此时贯入阻力变化不大，采用基于地基承载力理论中的Hansen公式和Vesic公式可较为准确的计算出对应某一深度的贯入阻力；CEL有限元方法可有效模拟筒型桩靴的贯入过程，当筒型桩靴的贯入速度为0.1-0.3mm/s时数值模拟结果与试验结果吻合较好。3．通过开展1g条件下的小比尺模型试验，研究了筒型桩靴和传统倒锥形桩靴的插、拔过程对不同直径、间距及桩顶约束条件下邻近桩的影响，并结合CEL有限元方法对比

4、分析了两种类型桩靴插、拔过程中引起的土体运动趋势。研究结果表明，筒型桩靴在贯入过程中，筒壁能对筒内土体起到“紧箍”作用，降低桩靴的侧向挤土效应，因此筒型桩靴插、拔过程引起的邻近桩桩身弯矩和桩顶位移均小于倒锥形桩靴。关键词：筒型桩靴，插桩阻力，邻近桩，模型试验，CELIABSTRACTThejack-updrillingplatformdominateinkindsofmobiledrillingplatformsbecauseofitsreusability,strongadaptabilitytowaterdepthandgoodflexibility.Theplatfo

5、rmrequiresthepenetrationofthespudcanintotheseabedtosupportitself.Affectedbycomplexenvironmentalandgeologicalconditionsofthesea,thetraditionalinvertedconespudcanispronetoappearproblemsofinstabilityandpunch-through.What’smore,thepenetrationandextractionofinvertedconespudcanmayimposeanadverse

6、influenceontheadjacentpile.Fortunately,thenewtypeofbucketspudcancanmitigatetheseadverseeffects.Inthisinvestigation,bycarryingoutsmall-scaleprototypetestsinsaturatedsand,thepenetrationresistanceofbucketspudcanunderdifferentpenetrationratewasstudiedsystematically.Meanwhile,theeffectsofnew-ty

7、pebucketspudcanandconventionalinvertedconespudcanmovementsonthelateralbehaviorofadjacentpileswereanalyzedcontrastively.Themaincontentsandconclusionssummarizedasfollows:1.Inthispaper,thelatestdevelopmentandresearchofbucketspudcanandinvertedconespudcanhavebeensu