论文摘要
自升式海洋平台广泛应用于海洋油气开发中，一个典型的自升式平台是由三个独立的桩腿支撑，每个桩腿下安装有独立的基础，这个基础通常为倒着锥形，这种锥形基脚就叫做纺锤型基础（spudcan）。在最近20年中对于纺锤型基础的承载力研究受到国内外海洋工程界的广泛关注。然而对其工作机理与施工技术的研究仍落后于工程实践。海底土常为多层土交叠状态，这种层状地基土的承载力计算和分析比单一土层要复杂许多，目前针对这类成层地基的承载力研究工作进行的很少。本文首先总结了目前国内外对于纺锤型基础在成层土层中承载力研究的现状，然后应用AFENA有限元软件，采用Mohr—Coulomb弹塑性本构模型对双层粘土中纺锤型基础的极限承载力进行了二维有限元分析。在有限元分析中，着重考虑了上层土的强度、上下土层的强度比、上层土的厚度和土的自重对承载力的影响，主要结论如下：（1）对于上强下弱型的双层粘土，承载力首先是受上层土强度的影响，并随着基础贯入深度的增加，承载力逐渐提高。当基础接近下卧软弱土层时，承载力就会减小，这时就得考虑下层软弱土层对承载力的影响。当基础贯入到土层中某个深度时，承载力达到最高值，然后随着基础继续贯入，承载力会突然的下降，这时基础就很可能会发生“穿刺”破坏。（2）通过对承载力的分析，发现“穿刺”破坏是与上层土的强度、上下土层的强度比、上层土的厚度和土的自重有关。在上层土强度和厚度一定时，上下土层的强度比越大“穿刺”破坏发生的深度越大；在上下土层强度比一定时，随着上层土厚度的增加，基础发生“穿刺”破坏发生的深度也越大。研究发现基础在贯入土层中0.8-1.5倍的基础直径的范围内很可能发生“穿刺”破坏，“穿刺”破坏并不是发生在土层分界面处。通过计算，给出基础在成层土中发生“穿刺”破坏的经验公式。（3）通过有限元数值分析，给出了基础在贯入土层过程中土体的流动机制。发现基础在贯入土层中有三个主要阶段的流动机制：在基础贯入土层的初始阶段，土体向上流动，土层表面向上隆起；随着贯入深度的进一步增加，下层土层开始向上流动；当基础完全贯入到土中，上层土体向下流动，土层表面也向下变形。（4）对于基础贯入到土层中，基础周围通常会形成一个孔洞，在基础贯入的初始阶段，该孔洞的高度很小，当下层土层流过基础最大直径处时，这个孔洞的高度达到最大值，随着基础贯入深度的继续增加，这时孔洞的高度逐渐减小，最终达到一个稳定值。
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摘要Abstract1 绪论1.1 研究背景及理论意义1.2 自升式海洋平台和纺锤型基础简介1.2.1 自升式海洋平台结构1.2.2 自升式海洋平台的工作状态1.2.3 纺锤形基础的工作特点1.3 纺锤型基础的研究现状1.3.1 试验方法1.3.2 数值方法1.4 论文的主要内容及章节安排2 基础在双层土层中承载力的计算2.1 概述2.2 一般成层地基承载力计算方法2.2.1 当双层地基都是粘土时的计算方法2.2.2 一层为粘土一层为非粘性土地基时的计算方法2.2.3 当双层地基上软下硬，基础一部分落在硬土上时的计算方法2.3 上硬下软情况下地基承载力的计算方法2.3.1 《建筑地基基础设计规范》推荐的方法2.3.2 迈耶霍夫和汉纳提出的剪切破坏理论2.3.3 Baglioni方法3 纺锤型基础承载力的有限元分析3.1 概述3.2 弹塑性本构模型3.2.1 Mohr-Coulomb弹塑性本构模型3.2.2 弹塑性本构关系矩阵3.2.3 弹塑性本构关系计算3.2.4 Mohr-Coulomb模型与Duncan-Chang模型的比较3.3 大变形弹塑性有限元法3.3.1 概述弹塑性问题的一般求解方法3.3.2 本文大变形数值方法介绍3.3.3 土体大小变形的区别3.4 土与结构接触问题的模拟3.4.1 概述3.4.2 有限元计算中的接触分析3.5 本章小结4 利用大变形有限元方法进行基础的承载力分析4.1 有限元模型的建立4.2 对于基础在均质土中的承载力分析4.3 上下土层的不同参数对基础贯入双层土层中承载力的影响4.3.1 上下土层强度比对基础承载力的影响4.3.2 上层土层的厚度对承载力的影响4.3.3 上层土层的重度对承载力的影响4.4 基础贯入土层中基础下土块的厚度4.5 本章小结5 基础在双层土层中的穿刺破坏分析及土体流动机制5.1 基础在双层土层中的穿刺破坏5.1.1 概述5.1.2 穿刺破坏发生的土质条件及影响因素5.1.3 穿刺破坏发生深度的分析5.2 基础在贯入土层中土体流动机制及基础周围孔洞的形成5.2.1 土的流动机制5.2.2 基础周围孔洞的深度变化规律5.3 本章小结6 结论与展望6.1 结论6.2 展望参考文献攻读硕士学位期间发表学术论文情况致谢
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标签：纺锤型基础论文; 双层粘土论文; 承载力论文; 有限元法论文; 穿刺破坏论文;
