粘土中倾斜荷载作用下深水吸力锚的极限承载力计算研究

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确定循环荷载作用下吸力锚承载力的塑性上限法

ｃｙｃｌｉｃｌｏａｄｓ．Ａｖｅｒａｇｅｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｅｓｏｆｓｏｉｌｅｌｅｍｅｎｔｓｄｕｅｔｏｔｈｅｓｔａｔｉｃｌｏａｄｗｅｒｅｉｆｒｓｔｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｗａｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｔａｔｉｃｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｆｏｒｔｈｅｍｅｔｈｏｄ．ＣｙｃｌｉｃｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈｓｏｆｓｏｉｌｅｌｅｍｅｎｔｓｗｅｒｅｆｕｔｈｒｅｒｄｅｔｅｍｉｒｎｅｄＵＳ－
２．ＧｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）
理计算静荷载在土体中产生的平均剪应力，然后依据循环强度与土体平均剪应力和循环破坏次数的相互关系确定相应的循环强度，将循环荷载对土体的作用转化成土体强度的变化，再假定吸力锚在循环荷裁下的破坏模式与静荷载作用下其破坏模式一致，并依照塑性上限分析原理和土体的循环强度计算强度变化后的承栽力．为了验证该方法的
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｐｐｅｒｂｏｕｎｄｐｌａｓｔｉｃｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｉｓａｍｅｔｈｏｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｙｔｏｆｓｕｃｔｉｏｎａｎｃｈｏｒｓｗｉｔｈ

海洋工程中吸力锚基础水平承载力特征

海洋工程中吸力锚基础水平承载力特征刘金龙;陈陆望;王吉利;汪东林【摘要】吸力锚可作为深海系泊系统基础,其水平承载力与系泊点位置有关.基于三维有限元方法,考察了吸力锚基础的水平承载特性,计算得到了变形网格、位移增量分布、位移等值面分布等结果,探讨了系泊点位置与水平极限承载力之间的定量关系.计算表明,系泊点位置沿着吸力锚基础顶部到底部变化过程中,吸力锚的破坏趋势由向前倾覆破坏过渡到平动破坏,再转变为向后倾覆破坏,水平极限承载力先逐渐增大后逐渐减小.吸力锚平动破坏时,其周边土体被动土压力区面积取得最大值,此时水平极限承载力取得最大值.实际工程中应根据具体条件进行确定吸力锚基础的最优系泊点.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2016(033)002【总页数】5页(P1-5)【关键词】吸力锚基础;水平承载力;系泊点;位移增量;平动破坏【作者】刘金龙;陈陆望;王吉利;汪东林【作者单位】合肥学院建筑工程系,安徽合肥230601;合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥230009;中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北武汉430071;安徽建筑大学土木工程学院,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】P754吸力锚是一种顶部封闭、底部开口的圆柱形薄壁结构，通过真空泵抽水使锚内外形成压力差而贯入海床中，类似一个倒扣在土中的“水桶”。

吸力锚基础自上世纪90年代首次在挪威海上油田中成功应用以来，得到各国工程师的重视与发展。

我国在1994年曹妃甸1-6两点系泊系统中首次成功使用吸力锚基础[1, 2]。

与传统桩基础相比，吸力锚具有安装速度快、施工费用低、可重复利用、不受水深限制等优点，已逐步应用于海上风机、浮式结构、张力腿基础和立柱式平台中[3]。

在不同的海洋工程中，吸力锚的受力与破坏机制不尽相同。

张力腿平台的结构浮力大于结构的自重，剩余浮力通过张力筋腱作用于吸力锚基础上，海水平稳时吸力锚主要承担上拔荷载[4, 5]；在浮式生产储油卸油船(FPSO)多点系泊系统中，系泊锚链一般呈半张紧状态，锚链与泥面多成夹角，此时吸力锚主要承担水平荷载[6, 7]；在海上风机或海上平台通过导管架与吸力锚相连的基础工程中，吸力锚主要承担竖向荷载、水平荷载与弯矩的组合荷载[8]。

饱和软黏土中吸力锚的承载能力数值分析

ｔｈｅｅｎｖｅｌｏｐｅｄｉａｇｒａｍｏｎｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｍｏｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｂｙｉｔｆｔｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓ，
ｉｎｓａｔｕｒａｔｅｄｓｏｔｆｃｌａｙｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂｙｔｈｅｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｔｆｗａｒｅＡＢＡＱＵＳ．Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｖｅｉｒｉｆｅｄ
２０１３年４月第４期总第４７８期
水运工程
Ｐｏｒｔ＆ＷａｔｅｒｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ＡｐＳｅｒｉａｌＮｏ．４７８
饱和软黏土中吸力锚的承载能力数值分析珠
ＨＡＮＺｈｉ — ｃｈｅｎ，ＳＵＮＺｈａｏ－ｃｈｅｎ，ＬＩＡＮＧＳｈｕ — ｘｉｕ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｓｔａｌａｎｄＯｆｆｓｈｏｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤｌｉａａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２４，Ｃｈｉｎａ）

深水工程船吸力锚锚点结构设计

深水工程船吸力锚锚点结构设计
徐田甜;高德欢;张美荣
【期刊名称】《天然气与石油》
【年(卷),期】2022(40)3
【摘要】深水油气田工程船(以下简称深水工程船)采用半张紧式多点系泊系统,海底吸力锚锚点结构设计应保证系泊安全。

介绍了工程船所属公司的企业标准对系泊系统和吸力锚锚点设计、海上安装的技术要求;应用ARIANE 7软件计算了工程船的最大平面位移和系泊线的最大张力;应用数值迭代求解控制微分方程分析了海底链嵌入土中的反悬链线形态,确定了吸力锚锚点处的系泊荷载;应用ABAQUS软件分析了吸力锚筒体以及锚点的结构强度和稳定性,计入了连接器对锚点主板的杠杆效应,并考虑了吸力锚筒内V形翼板建造侧向变形的影响;锚点采用了低碳硅锰铸钢材质,通过热处理控制保证机械和耐磨性能。

吸力锚锚点结构设计可为类似深水工程船吸力锚设计提供借鉴。

【总页数】7页(P110-116)
【作者】徐田甜;高德欢;张美荣
【作者单位】中海石油(中国)有限公司天津分公司;中海油安全技术服务有限公司;海洋石油工程股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U66
【相关文献】
1.黏土中深水吸力锚负压安装试验研究
2.粘土中倾斜荷载作用下深水吸力锚的极限承载力计算研究
3.吸力锚与桩锚在深水浮式平台系泊系统中的应用探讨
4.黏土中深水吸力锚基础承载特性有限元分析
5.深水大型吸力锚建造技术研究
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深海吸力锚水平极限承载力研究

第41卷第5期2011年5月中国海洋大学学报PERIODICAL OF OCE AN UNIVERSIT Y OF CH INA41(5):114~119M ay,2011深海吸力锚水平极限承载力研究*张其一1,2,董胜1,王青华3(1.中国海洋大学工程学院,山东青岛266100;2.青岛农业大学建筑工程学院,山东青岛266109;3.即墨房产管理局,山东青岛266200)摘要: 深海吸力锚基础的极限承载能力是海洋工程锚固系统的一个关键问题。

基于Co ulomb摩擦接触对原理,给出一种模拟吸力锚承载能力的有限元模型。

在该数值模型基础上,利用通用有限元分析软件ABA QU S,研究系泊点位置、吸力锚长径比对极限承载力的影响,并给出深海吸力锚失稳模式。

结果表明,系泊点位置极大地影响着吸力锚的极限承载力与稳定性,系泊点位置的变化会导致吸力锚出现前倾转动、平移滑动和后仰转动失稳模式,同时吸力锚失稳模式受长径比的影响。

为工程实际和理论分析提供了技术支持和理论指导。

关键词: 吸力锚;系泊点;极限承载力;失稳模式;长径比;深海中图法分类号: T U470 文献标志码: A 文章编号: 1672-5174(2011)05-114-06随着海洋石油工业逐渐向深海和超深海水域发展,张力腿平台(T LP)、立柱式(Spar)、船形浮式系统(FPSO)、顺应塔和半潜式平台等新型海洋结构及基础在工程中得到了广泛应用[1]。

与浅海平台相比,这些深水平台的系锚荷载显著增加,竖向荷载不再是向下的压力,而是上拔荷载,并且海床土体的极限承载能力多以水平向为主,因此新型深海平台基础的承载特性及其计算方法,是深水海洋工程建设与设计中的关键技术问题[2]。

但是由于吸力式基础的应用历史较短,目前对于吸力式基础尚缺乏设计规范或统一标准。

对于荷载作用下吸力式基础的承载力特性,通常基于一定的假设,采用极限平衡方法或极限分析方法进行简化分析。

水力锚承受拉力的实验研究

水力锚承受拉力的实验研究【摘要】水力锚钢体抗拉强度主要用来抵抗水中的拉力，对于裂缝控制有其重要功用。

本研究依现场实验数据，说明关于同时承受水力锚栓拉力时不同程度的数值关系。

应用经验公式分析抗拉强度关系，期望能提供水力锚结构耐震补强设计者有所依据。

【关键词】水力锚承受拉力抗拉强度1 研究背景水力锚是一种油田生产井压裂酸化时用来固定管柱的井下工具，水力锚的构成：由主体、衬套、密封圈、垫片、弹簧、锚爪、压板、螺钉、短节组成，它在垂直主体轴向的同一平面内布两个钻通的锚爪孔，锚爪装有两道密封圈；弹簧材料为扁截面不锈钢钢丝。

拉力强度较低的主要原因是钢体中仍含有很多细小裂缝，当承受压力时，这些细小裂缝受到压缩亦可传递压力；但如受拉力，这些细小裂缝可能扩大而无法有效传递拉力，因此其拉力强度远低于抗压强度。

2 水力锚抗拉强度分析锚栓受拉力破坏时，钢体破坏面系向外成锥状破坏，其强度则以钢体抗拉力计算。

钢体的破坏形式既为一个钢体圆锥块体，其钢体强度则取决于垂直于圆锥破坏钢体拉力强度。

如ACI 349（1997）建议，若水力锚爪入水在钢体深度h，则其钢体抗拉应力锥破坏面投影面积A可由描述A=π（2h+d）2/4当入水深度深时深度h远大于锚爪直径d，所以d可忽略不计本实验埋设水力锚栓深度h超过钢体上层纵向钢筋深度，则部份拉力强度由纵向钢筋、箍筋吸收。

由实验结果得知，其抗拉力、抗剪力强度致使钢体破坏圆锥面深度不会超过上层纵向钢筋底深度7cm（保护层4cm+箍筋1cm+钢筋1.9cm7cm），破坏角约25°至35°之间。

并且钢体抗压强度愈大则破坏角度愈大。

反之，钢体抗压强度愈小则破坏角度愈小。

在埋设足够边距不会引起边缘胀裂破坏的情况下，钢体破坏面半径由ACI 349（式1），纯钢体破坏面之投影面积An=πh2；由本实验得知，钢筋钢体受到钢筋承受部份拉力的破坏投影面积比纯钢体破坏的投影面积缩小到Asn=πs2。

吸力锚负压沉贯下沉过程中土塞生成的数值分析

吸力锚负压沉贯下沉过程中土塞生成的数值
分析
吸力锚负压沉贯是一种新兴的土塞开挖方法，它在某些特殊情况
下可用于开挖裂隙和低强度地层。

在它的运行中，有一个土塞被沉贯
到岩石的地下，以防止地下水的入侵。

这种土塞是通过负压泵将泥沙
和水一起抽取出来，然后在目标位置喷放到地表之上形成一个提前构
造的土塞。

在实际应用中，该技术对于研究土塞生成过程有很大的意义。

因此，数学和计算模型对于研究土塞在吸力锚负压沉贯下沉过程中的变
化是必不可少的。

在这方面，已有一些相关的数学模型，如革氏改进的非饱和流动
元模型，用于研究土塞的形成过程。

这些模型的应用可以有效调整压力，预测土塞的形成速度以及影响压力的因素，并对不同工程应用参
数进行模拟。

另外，也有计算模型，如基于有限元分析的土塞生成模型，也可
以用来研究土塞形成过程。

这种模型可以进一步计算出土塞形状，预
测土塞内部压力，从而提供有用的指导意见。

总之，吸力锚负压沉贯过程中土塞生成的数值分析具有显著的意义。

结合相关模型和计算方法，可以预测土塞形成过程中发生的状态，并针对不同的问题提出有效的解决方案。

倾斜荷载作用下沉箱基础的极限承载力计算方法

第34卷第6期2 0 17年6月长江科学院院报Journal of Yangtze River Scientific Research InstituteVol.34 No.6Jun.2 0 17doi：10.11988/ckyyb.201602282017,34(6):103-107倾斜荷载作用下沉箱基础的极限承载力计算方法邱月12,高玉峰1黎冰3王钰轲1吴迪1(1.河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，南京210098;.山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地，山东青岛266590; 3.东南大学土木工程学院，南京210096)摘要:为了确定沉箱基础在顶部受到倾斜荷载时的抗拔承载力，利用极限包络线方法进行分析。

基于15组模型试验以及合理假定，提出了水平荷载、竖向荷载作用下沉箱基础的极限抗拔承载力函数,通过分析水平、竖向极限承载力系数与长径比的关系，提出了水平、竖向荷载作用下沉箱基础的承载力计算方法。

基于不同长径比、不同荷载作用角度下沉箱基础的水平承载力归一化分量和竖向承载力归一化分量之间的破坏包络线图，得到了两者之间的幂函数关系,从而得到了沉箱基础在倾斜荷载作用下的极限承载力。

关键词:吸力式沉箱基础;倾斜荷载;极限承载力;长径比;荷载作用角度中图分类号:TU443 文献标志码:A文章编号=1001-5485 (2017) 06-0103-051研究背景吸力式沉箱基础是一种底端开口，顶部封闭的大直径薄壁圆筒结构，因其具有节约用材、运输方便、可重复利用及施工时间短等优点，被广泛用于海洋平台建造中[1]。

通常，吸力式沉箱基础的直径为 3〜8m，长度和直径的比值（简称长径比）为1〜1〇[2]。

在海洋平台在运营期间内，经常会受到风、浪等荷载的作用，这些荷载将通过锚链以倾斜荷载的形式传递到沉箱基础上。

可以认为，沉箱基础的稳定性是保证海洋平台能够正常运行的关键所在，而基础稳定性最直接的表现即为是否有足够的抗拔承载能力。

吸力锚与桩锚在深水浮式平台系泊系统中的应用探讨

ROV#2启动吸力泵，下沉吸力锚，同时ROV#1移除在吸力
锚顶部的索具。9）贯
入过程ROV#2关注吸
力泵面板上压差数据
和牛眼，ROV#1 在一
侧观察吸力桩入泥的
深度。10）吸力锚持续
贯入到目标深度，完
成吸力锚安装。确认
吸力锚的位置、垂直
度处于可控的允许误差范围之内。
图6 吸力锚水下贯入示意图
拔接头），然后吊机继续下放吸力锚至30 m水深处。记录
吊装过程中吊机载荷。5）ROV对吸力锚的状态进行检查。
主要包括吸力锚吊装索具、吸力泵锁销和阀门的状态、吸
力锚初始倾斜度和锚头链状态的检查。6）吸力锚缓慢下
放，调整与就位。吊机继续下放吸力锚至距海床30 m的区
域，调整船位将吸力锚移至安装区域上方，并开启吊机的
156
圆园21 年第 7 期网址：电ECHANICAL ENGINEER
图7 半潜平台系泊系统平面布置图
3.2 桩锚的安装 3.2.1 陵水 17-2项目介绍
陵水 17-2气田采用半潜式浮式生产平台，采用4伊4 张紧式系泊系统，共有 16根“链+聚
吸力泵作为吸力锚安装过程的关键设备，该设备分
为ROV携带式和泵撬块型水面控制式等2种类型。
1）ROV携带式系统。深水模式安装吸力锚通常选用 ROV携带式吸力泵系统[4]，同时考虑压力和流量这2个主
网址：电邮：hrbengineer@ 圆园21 年第 7 期
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机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
要技术参数，其中吸力泵的最大压力一般要达到吸力锚
设计贯入压力的2倍；而吸力泵流量要满足设计推荐值，

倾斜状态下的吸力式基础极限承载力离心试验模拟

Advances in Marine Sciences 海洋科学前沿, 2019, 6(4), 128-135Published Online December 2019 in Hans. /journal/amshttps:///10.12677/ams.2019.64014The Centrifuge Experiments on MaximumBearing Capacity of the Suction Bucketunder the State of InclinationYifan Ji, Liquan Xie*, Wencai HuangSchool of Civil Engineering, Tongji University, ShanghaiReceived: Nov. 5th, 2019; accepted: Nov. 25th, 2019; published: Dec. 2nd, 2019AbstractTo study the mechanism of bearing capacity of a suction bucket, a series of centrifugal tests were designed to investigate the uplift bearing capacity and the entire dynamic process of soil pressure and pore water pressure were monitored as well. Finally, mechanical analysis was carried out for the suction bucket structure, and the calculated bearing capacity was compared with the experi-mental data, and the error was less than 12%. The experiments presented the obvious influence of inclination on the foundation bearing capacity, and it can be used for reference in engineering.KeywordsSuction Bucket Foundations, Tilt, The Bearing Capacity, Centrifugal Model Test, Pore Pressure倾斜状态下的吸力式基础极限承载力离心试验模拟季一帆，谢立全*，黄文财同济大学，土木工程学院，上海收稿日期：2019年11月5日；录用日期：2019年11月25日；发布日期：2019年12月2日摘要为研究倾斜吸力式基础的极限承载力机制，本文设计并实施了一系列吸力式基础抗拔承载力的离心模拟试验，并全程监测了吸力式基础周围土压力、孔隙水压力的动态演变过程，最后针对吸力式桶形结构进*通讯作者。

关于粘性土含水量与地基承载力的关系

关于粘性土含水量与地基承载力的关系摘要: 泥土的特性与地基承载力之间具有很大的联系，并且不同的土壤具有不同的承载力。

本文主要针对粘性土的特征，并结合地基承载力相关理论，分析粘性土含水率与地基承载力之间的关系。

关键词：粘性土；地基承载力；关系Abstract: the characteristics of the soil and the bearing capacity of the foundation has a strong link between, and different soil with different capacity. This article mainly aims at the characteristics of cohesive soil, and combined with the bearing capacity of the foundation, this paper analyzes the related theory of cohesive soil moisture content and the relationship between the bearing capacity of the foundation.Keywords: viscous soil; The bearing capacity of the foundation; relationship在自然界，存在着不同特性的土壤，这些土具有不同的物理特性。

土的形态常处于粘滞流动状态和固体状态，具有可塑性。

土的地基承载力与土的体积、密实度以及含水量有着密切的关系。

一般而言，土的含水量越大，土质会越松软，土的地基承载力则相对较低，如果土的含水量小，土质较硬，土的地基承载力便增大，因此不同物理特征的土直接影响着土的地基承载力。

粘性土是指具有可塑状态性质的土，它具有特别的物理属性，笔者将在下文中从粘性土的物理特性出发，分析粘性土与地基承载力的关系。

倾斜荷载作用下裙式吸力基础承载特性研究

倾斜荷载作用下裙式吸力基础承载特性研究白云;李大勇;吴宇旗;卢高【摘要】A 3D numerical simulation on the bearing capacity of the modified suction caisson (MSC) foundation under inclined loads is carried out. The influence of the loading position and loading angle on the bearing capacity are investigated. Results show that the bearing capacity of the MSC foundation decreases with the increase of the loading angle. The ultimate bearing capacity increases with the height of loading position,then decreases. When the loading locates at two-thirds height of the caisson foundation below the caisson lid, the bearing capacity reaches the maximum value. In addition,it is also found that the rotation center moves downwards with the increase of the loading angle.%开展数值模拟,研究了裙式吸力基础在倾斜荷载作用下承载特性,讨论了不同加载点位置以及加载角度对基础承载特性的影响.研究表明,裙式吸力基础抗拔承载力随加载点位置下移,呈现出先增大后减小的趋势;当加载点位于基础顶面以下2/3倍基础高度时,基础抗拔承载力最大.载点位置固定时,基础抗拔承载力随着加载角度的增大逐渐降低;当加载方向为垂直时,基础极限承载力最小.此外,裙式吸力基础转动点的位置随加载角度增加逐渐下移下降.【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(043)001【总页数】7页(P205-211)【关键词】裙式吸力基础;抗拔承载力;转动点;数值模拟;加载点位置;加载高度【作者】白云;李大勇;吴宇旗;卢高【作者单位】山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东青岛266590;山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东青岛266590;福州大学土木工程学院,福建福州350116;山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东青岛266590;山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TU470 引言我国油气开采逐渐进入深水区，传统的重力式基础、桩基础等海洋基础形式已不能满足深海施工要求。

均质黏土中平板锚抗拔承载力研究

均质黏土中平板锚抗拔承载力研究姜伟;丰土根;王启叶楠【摘要】采用Abaqus软件中CEL技术对平板锚在均质黏土中的抗拔特性进行大变形有限元分析(LDFE).通过比较大变形有限元分析(LDFE)结果与离心机试验数据、解析解和数值计算结果,发现具有良好的一致性.通过研究不同参数下平板锚附近土体流动机制及其相应的抗拔承载力,分析平板锚埋置深度,长宽比和土体刚度的影响.分析平板锚附近土体流动机制及其相应的抗拔承载力可以发现:1)平板锚的抗拔承载力会随着埋置深度的增加而增加,并在达到临界深度之后保持稳定;2)平板锚的抗拔承载力随土体刚度的增加而增大,随着长宽比的增加而减小;3)当平板锚预埋深度达到一定深度时,可以观察到合理的土体流动破坏机理,相应的拔出承载力趋于稳定.%Large deformation finite element analysis (LDFE) by using CEL technique of Abaqus package was conducted to provide insight into pullout behavior of plate anchor in homogeneous clay.The LDFE results were compared with centrifuge test data,analytical solution and numerical results,with good agreement obtained.The soil-flow mechanisms around plate and the corresponding pullout resistance were presented from a parametric study,exploring a range of dimensionless parameters related to plate preembedded depth,aspect ratio and soil rigidity.Three interesting features in the mobilized soil-flow mechanisms and pullout resistance were observed:1)The pullout bearing capacity of plate anchor increased with the increases of the embedment depth before reaching a critical depth,then kept constant with deeper preembedded depth.2)The bearing capacity of plate anchor increased with the increase of soil rigidity,and decreased withthe increase of the aspect ratio.3) Rational soil flow failure mechanism was observed when the preembedded depth reached the critical depth,and the corresponding pullout resistance trends to stable.【期刊名称】《河南科学》【年(卷),期】2017(035)008【总页数】5页(P1294-1298)【关键词】CEL技术;大变形有限元分析;平板锚;抗拔承载力;土体流动机制【作者】姜伟;丰土根;王启叶楠【作者单位】河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京210098;江苏省岩土工程技术工程研究中心,南京210098【正文语种】中文【中图分类】TE54随着资源的开发逐步向深海推进，海洋平台型式及其基础型式不断改进及优化.目前的海洋平台主要分为固定式平台和浮式平台两大类，深海区域浮式平台更具有优势，从而得到广泛应用.对于浮式平台而言，其在海底的锚固基础的稳定是上部浮式平台正常工作的关键［1］.吸力式平板锚基础作为一种新型海洋基础型式［2］，具有定位准确、造价低廉、便于操作和竖向抗拔承载力高等优点，正在逐步推广并应用（图1）.由于平板锚的抗拔承载力关系到上部浮式平台的安全，因此研究平板锚的抗拔承载力极为重要.国外很多学者通过模型试验、有限元分析、极限分析等方法对吸力式平板锚的承载能力进行了研究.早在上世纪，Das［4］通过小比例尺模型试验，研究了不同埋深、不同尺寸以及不同形状的平板锚的抗拔承载力，发现当平板锚埋深H超过6B后，平板锚的抗拔承载力会趋于一个稳定值.Singh和Ramaswamy［5-7］通过模型试验对在循环荷载作用下埋入式圆形平板锚的上拔量和平板锚的承载特性进行了研究，另外还详细研究软土中平板锚形状对抗拔能力的影响.Das和Shin［8-9］研究发现，工作中平板锚的抗拔承载力Qu由抗拔力Qn、吸力Fs和锚的自重Wa共同组成，吸力的存在可以提高平板锚的抗拔承载力.王栋等［3，10-12］利用三维大变形RITSS技术研究了平板锚粗糙度、土体性质和土体上覆压力等多种因素对平板锚抗拔特性的影响，另外还研究了不同加载速率下的条形平板锚抗拔特性.通过模拟平板锚的安装过程，研究平板锚形状等多种因素对平板锚安装导致的埋深损失和副翼运动的影响.Khatri和Kumar［13］利用与有限元相结合的轴对称静态极限分析公式，研究分层土中平板锚抗拔承载力随深度变化的变化趋势，发现在所有工况下，平板锚的抗拔承载能力会随着深度的增加而提高，并逐渐趋于稳定.Merifield等人［14-15］运用上下限极限分析方法研究了平板锚埋深、粗糙度和材料性质等因素对均质和非均质土中平板锚承载能力的影响，还首次应用三维数值极限分析方法，研究平板锚形状对平板锚在不排水黏土中抗拔承载力的影响.国内刘嘉［16-17］利用ADINA软件对圆形平板锚正常固结土黏土中快速和缓慢两种加载方式下的承载特性.鲁礼慧［18］利用塑性分析方法研究吸力式安装平板锚在黏土中的旋转调节过程和承载特性.因此国内对于吸力式平板锚的研究还不是很多，本文将运用CEL技术研究平板锚在均质黏土中的承载能力及周围土体流动机制.CEL技术利用欧拉网格中网格固定而材料自由流动的特点建立网格，同时利用欧拉-拉格朗日的接触算法，计算得到结构准确的应力应变响应，从而可以解决有关大变形的许多问题.采用CEL技术建立的数值计算模型如图2所示.计算模型中，由于平板锚的对称性，建立1/4的计算模型可以达到节省计算时间的目的.方形平板锚的典型尺寸为L×B=4 m×4 m，厚度t=B/20=0.2 m，通过施加约束将其设置为刚性体，并用C3D8R单元进行网格划分.平板锚附近均质黏土采用符合Tresca屈服准则的理想弹塑性材料，本文参数分析海洋软黏土的土体强度取值范围为su=10～50 kPa，E/su=200～1000［19-21］.黏土不排水状态下的泊松比μ为0.49，饱和重度γ=17 kN/m3.采用各向同性的初始应力状态，即设置土体的侧向土压力系数K0均为1.0.由于土体为欧拉体，土体网格划分采用EC3D8R单元，网格划分尺寸根据计算精度和计算时长的限制进行调整.边界条件首先将土体底部固定，并将四周垂直于面的方向的材料流动速度设置为零.然后将平板锚向上匀速上拔，从而得到平板锚承载力随位移变化的曲线.通过数值模拟平板锚向上拔出过程得到平板锚承载力随位移变化的曲线，处理得到抗拔承载力系数-位移曲线，并与已有研究成果进行比较.平板锚的抗拔承载力系数Nc［15］可以由以下公式得到：其中：Qu为平板锚的承载力；A为平板锚的表面积；Su表示土体的不排水抗剪强度；H为平板锚埋置在土层中的深度；γ′为土体的容重；Nc0代表消除土体重度影响的抗拔承载力系数.图3（a）和图3（b）分别为平板锚在埋置深度H=B和H=5B条件下上拔过程中得到的抗拔承载力系数与位移关系曲线.从图中可以看出，抗拔承载力系数随着位移的增大逐渐趋于一个稳定值，为了验证计算结果的可靠性，将位移达到平板锚宽度B的0.1倍的抗拔承载力系数与已有研究结果进行比较.图3（a）中可以发现，平板锚在埋置深度H=B下的抗拔承载力系数Nc=4.21，比RITSS计算的结果稍小2.9%（Nc=4.33［3］），比极限分析公式计算的结果稍大7.5%（Nc=4.33［15］）.图3（b）中平板锚在埋置深度H=5B下的抗拔承载力系数Nc=9.20，比模型试验的结果稍大2.2%（Nc=9.00［4］），比极限分析公式计算的结果小10.87%（Nc=11.18［15］）.通过不同埋置深度下平板锚的抗拔承载力与现有研究成果的比较，可以发现，通过CEL分析方法建立的模型具有一定的可靠性.另一方面，比较H=B和H=5B下平板锚的抗拔承载力系数随位移的变化曲线可以发现，埋置深度较浅的平板锚的变化曲线具有一定的波动性，此现象的发生可能是由于平板锚埋置深度较浅，上拔过程中周围土体上升，土体产生孔隙，没有形成完整的环流场，导致平板锚上部受力产生波动性.由于平板锚在埋置深度H=B和H=5B下的荷载-位移曲线有所差异，将不同埋深下平板锚附近土体的流动趋势进行进一步分析.图4（a）和图4（b）分别为平板锚在埋置深度H=B和H=5B下上拔过程中附近土体的流动趋势.比较发现，平板锚在埋置深度H=B下附近部分土体没有发生移动，没有形成环流场，而埋置深度H=5B下平板锚附近土体形成了完整的环流场，保证平板锚继续与土体保持接触.这可能是导致埋置深度较浅的平板锚的荷载-位移曲线产生波动的原因.图5为不同土体刚度下抗拔承载力系数随平板锚埋置深度变化的曲线，分析其中每一条曲线，可以发现，不同土体刚度下平板锚的抗拔承载力系数随深度变化的趋势比较相似.当H≤2B时，平板锚的抗拔承载力系数会随着平板锚的埋置深度的增大而增大，之后增大速度放缓，并当H≥4B后，平板锚的抗拔承载力系数将不会随着埋置深度的增大而显著变化，而是趋近于一个稳定值.此趋势与模型试验、RITSS技术等现有的研究成果［3-5，13-15］都比较相似.图3（b）中平板锚在H=5B下的抗拔承载力系数要低于下限极限分析方法得到的结果，这可能与土体刚度有关.目前，学者通过RITSS技术比较H=6B条件下不同土体刚度对平板锚承载力-位移曲线，发现随着土体刚度的增加，平板锚达到的最大承载力越大［3］.图5为土体刚度E/su=200、500和1000下抗拔承载力系数随平板锚埋置深度变化的曲线.比较发现，当平板锚埋置深度H≤2B时，土体刚度对平板锚的抗拔承载力影响不大.对于平板锚在H≥4B下的抗拔承载力，可以发现：土体刚度越大，平板锚的抗拔承载力越大.图6为不同长宽比条件下平板锚的抗拔承载力系数随平板锚埋置深度变化的曲线，分析发现，不同长宽比条件下平板锚的抗拔承载力系数随深度变化的趋势比较相似，均随着埋置深度的增大而增大，并逐渐趋近于稳定值.然而长宽比越大，平板锚抗拔承载力系数达到稳定值所需要的埋置深度越大.方形平板锚抗拔承载力系数在埋置深度H达到4B后基本不变，而L/B=4的矩形平板锚需要的深度大约在6B，明显大于方形平板锚.另外，比较不同长宽比的平板锚的抗拔承载力系数-埋深曲线，平板锚的抗拔承载力系数会平板锚的长宽比的增大而减小，符合RITSS技术等方法［3，15］得出的结论.1）平板锚的设计关系到上部浮式平台的安全，本文采用CEL分析方法研究平板锚在均质黏土中的抗拔承载力，并与现有研究结果进行比较，验证此技术研究平板锚承载能力的可靠性.2）通过比较不同埋置深度下平板锚附近土体流动趋势，发现平板锚埋置深度较浅未形成完整环流场可能是导致荷载-位移曲线波动的原因.3）通过一系列计算发现平板锚的抗拔承载力会在埋置深度H达到4B后逐渐趋近于稳定值.另外土体刚度会对平板锚抗拔承载力产生影响，土体刚度越大，平板锚的抗拔承载力越大.通过比较不同长宽比下平板锚的抗拔承载力发现，方形平板锚抗拔承载力最大，并且长宽比越大，平板锚的抗拔承载力越小.【相关文献】［1］ZHOU M，HOSSAIN M，HU Y，et al.Installation of stiffened caissons in nonhomogeneous clays［J］.Journal of Geotechnical& Geoenvironmental Engineering，2016，142（2）：04015079.［2］RANDOLPHN M F，GAUDIN C，GOURVENEC S M，et al.Recent advances in offshore geotechnics for deep water oil and gas developments［J］.Ocean Engineering，2011，38：818-834.［3］WANG D，HU Y X，RANDOLPH M F.Three-dimensional large deformation finite-element analysis of plate anchors in uniform clay［J］.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2010，136（2）：355-365.［4］DAS B M，SINGH G.Uplift capacity of plate anchor in clay［A］.Proc.4th Int.Offshore and Polar Engineering Conf，Golden，Colo，1994：436-442.［5］SINGH S P，RAMASWAMY S V.Response of plate anchors to sustained-cyclic loading［J］.Indian Geotechnical Journal，2002，32（2）：161-172.［6］SINGH S P，RAMASWAMY S V.Influence of frequency on the behaviour of plate anchors subjected to cyclic loading［J］.Marine Georesources and Geotechnology，2008，26：36-50.［7］SINGH S P，RAMASWAMY S V.Effect of shape on holding capacity of plate anchors buried in soft soil［J］.Geomechanics and Geoengineering，2008，3（2）：157-166. ［8］DAS B M，SHIN E C.Suction force below plate anchors in soft clay［J］.Marine Georesources&Geotechnology，1994，12（1）：71-81.［9］SHIN E C，DASS R N，OMAR M T，et al.Mud suction force in the uplift of plate anchors in clay［C］//Proceeding of the 4th International Offshore and Polar Engineering Conference，1994，1：462-466.［10］WANG D，HU Y X，RANDOLPH M F.Effect of loading rate on the uplift capacity of plate anchors［A］.Proceedings of the Eighteenth International Offshore and Polar Engineering Conference，Canada，2008：727-731.［11］WANG D，GAUDIN C，RANDOLPH M rge deformation finite element analysis investigating the performance of anchor keying flap［J］.Ocean Engineering，2013，59：107-116.［12］WANG D，HU Y X，RANDOLPH M F.Keying of rectangular plate anchors in normally consolidated clays［J］.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2011，137（12）：1244-1253.［13］KHATRI V N，KUMAR J.Vertical uplift resistance of circular plate anchors in clays under undrained condition［J］.Computers and Geotechnics，2009，36：1352-1359. ［14］MERIFIELD R S，SLOAN S W，YU H S.Stability of plate anchors in undrained clay ［J］.Geotechnique，2001，51（2）：141-153.［15］MERIFIELD R S，LYAMIN A V，SLOAN S W，et al.Three-dimensional lower bound solutions for stability of plate anchors in clay［J］.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2003，129（3）：243-253.［16］刘嘉.正常固结黏土中平板锚抗拉力的研究［D］.大连：大连理工大学，2007.［17］刘嘉，王栋.正常固结黏土中平板锚基础的吸力和抗拉力［J］.岩土力学，2009，30（3）：735-740.［18］鲁礼慧.黏土中板形重力安装锚和吸力式安装平板锚的旋转调节过程［D］.大连：大连理工大学，2015.［19］ZHOU M，LIU H，HU Y，et al.Behaviour of ball penetrometer in uniform single-and double-layer clays［J］.Geotechnique，2013，63（8）：682-694.［20］ZHOU M，HOSSAIN M S，HU Y，et al.Scale issues and interpretation of ball penetration in stratified deposits in centrifuge testing［J］.Journal ofGeotechnical&Geoenvironmental Engineering，2016，142（5）：04015103.［21］MA H，ZHOU M，HU Y，et al.Interpretation of Layer Boundaries and Shear Strengths for Soft-Stiff-Soft Clays Using CPT Data：LDFE Analyses［J］.Journal of Geotechnical&Geoenvironmental Engineering，2016，142（1）：04015055.。

粘土中吸力锚沉贯阻力与土塞形成试验研究

文章编号:1005 9865(2011)01 0009 09粘土中吸力锚沉贯阻力与土塞形成试验研究国振,王立忠,袁峰(浙江大学建筑工程学院,浙江杭州 310058)摘要:针对粘土中吸力锚沉贯的两个关键性问题沉贯阻力和土塞形成过程,在自行研制的试验平台上进行一系列吸力锚沉贯室内模型试验。

试验结果表明,负压抽吸对筒壁内部土体的影响较大,而对外侧土体的影响很小;由压力沉贯向吸力沉贯转换后,土体阻力会先降低,再随着沉贯的进行逐渐增大,并超过采用压贯方式的土体阻力;前期压贯深度的变化带来了不同的内部泥面下陷,这对吸力沉贯开始阶段的土塞发展影响不大,当土塞加速隆起后,压贯越深的情况土塞发展越迅速;在粘土中进行吸力沉贯时,API 规范对最大容许吸力估算较为准确,但是需提供比API 规范更大的沉贯吸力才能保持沉贯的进行,而且沉贯过程中土塞的高度大于由于筒裙下插置换土体所带来的高度。

关键词:粘土;吸力锚;沉贯阻力;土塞;内部吸力中图分类号:P75 文献标识码:AAn experimental investigation of insertion resistance and soil heaveduring caisson installation in soft clayGUO Zhen,WANG Li zhong,YUAN Feng(College of Ci vil Engineering and Architecture,Zhejiang Uni versity,Hangzhou 310058,China)Abstract:To investigate the i nsertion resistance and soil heave during caisson installation in soft clay,a series of model tests are carried out on the novel self made test platform.Based on these test results,some useful conclusions are drawn:the inner suction pressure mainly affects the soil mass inside the caisson,and it has little influence on the outside soil;while transferred from dead weight insertion to suction insertion,the suction caisson will encounter a lower soil resistance,but the resistance will increase quickly wi th further insertion and exceed the resistance duri ng dead weight insertion;different i nsertion depths by dead weight can affect the developmen t of soil heave;differen t insertion depths will result in di fferent sinking depths of inner soil surface,which has little influence on the development of soil heave at the beginning state of suc ti on insertion,but after the soil heave is accelerated,the development of soil heave is more rapid in the case with deeper former i nsertion depth;while the caisson is inserted by suction pressure,the actual allowable suction is close to the suction calculated by API method,but larg er suction is required for the caisson insertion than the suction by API method,and the height of soil heave is larger than the heave height caused by the soil displaced by the cross sectional area of the anchor.Key words:soft clay;suction caisson;insertion resistance;soil heave;inner suction pressure收稿日期:2010 07 26基金项目:国家自然科学基金资助项目(50779061)作者简介:国振(1982-),男,山东淄博人,博士生,主要从事岩土工程与海洋基础研究。

软黏土中吸力锚承载特性离心试验研究

软黏土中吸力锚承载特性离心试验研究
熊根;付栋康;朱斌;赖莹
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2024(45)5
【摘要】加载倾角和系泊点位置是吸力锚基础最重要的设计要素之一,能够改变锚体的破坏姿态以影响极限承载力。

在饱和软黏土地基中选择不同的加载倾角及系泊点位置进行位移控制下的张紧式吸力锚离心模型试验,利用六自由度磁力计装置定
量分析了加载倾角和系泊点位置对吸力锚破坏姿态与极限承载力的影响。

研究发现,系泊点位置在锚体约2/3高度时,吸力锚发生平动破坏,当加载倾角由35°变化至20°时,在相同的系泊点位置,吸力锚发生后仰破坏,归一化极限承载力稍增大,并且达到极限承载力后仍保持一定的承载力余量;系泊点位置在锚体2/3高度以上时,吸力锚发生前倾破坏,归一化极限承载力降低了25%左右,并且破坏后的承载力余量大大降低。

无论破坏模式如何,均未发现锚内土塞与锚有明显分离。

【总页数】9页(P1472-1480)
【作者】熊根;付栋康;朱斌;赖莹
【作者单位】中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司;浙江大学建筑工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TU470
【相关文献】
1.饱和软黏土中吸力锚的承载能力数值分析
2.水平荷载下饱和软黏土中裙式吸力基础承载特性
3.波致液化海床土中伞式吸力锚承载特性试验研究
4.黏土中深水吸力锚基础承载特性有限元分析
5.均质软黏土中双筒吸力桩基础最佳荷载作用点不排水承载特性数值分析
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深海吸力锚承载特性与稳定性研究

深海吸力锚承载特性与稳定性研究
张其一;王美生;栾茂田
【期刊名称】《海洋工程》
【年(卷),期】2011(29)2
【摘要】深海吸力锚基础的极限承载能力是海洋工程结构设计中的一个关键问题。

基于Coulomb摩擦对原理,给出了一种精确模拟吸力锚承载能力的有限元模型。

在该数值模型基础上,利用通用有限元分析软件ABAQUS研究系泊点位置对吸力锚极限承载力的影响,并给出深海吸力锚失稳模式。

结果表明,系泊点位置极大地影响着吸力锚的极限承载力与稳定性,系泊点位置的变化会导致吸力锚出现前倾转动、
平移滑动和后仰转动失稳模式。

当系泊点位置在吸力锚入泥深度3/5左右处,更能
发挥深海吸力锚的承载能力。

【总页数】6页(P40-45)
【关键词】吸力锚;系泊点;极限承载力;失稳模式;深海
【作者】张其一;王美生;栾茂田
【作者单位】中国海洋大学工程学院海洋工程系;青岛农业大学建筑工程学院;南昌工程学院水利系;大连理工大学岩土工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P751
【相关文献】
1.深海吸力式锚桩极限承载力研究 [J], 张其一;王青华
2.深海吸力锚水平极限承载力研究 [J], 张其一;董胜;王青华
3.水平荷载情况下深海吸力锚稳定性研究 [J], 张其一;王青华;栾茂田
4.波致液化海床土中伞式吸力锚承载特性试验研究 [J], 张鹏;王荃迪;刘红军;杨奇;张浩
5.黏土中深水吸力锚基础承载特性有限元分析 [J], 王鹏;王雪婷;张学飞
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双锚片螺旋锚倾斜拉拔承载特性与承载力计算方法研究

双锚片螺旋锚倾斜拉拔承载特性与承载力计算方法研究
胡伟;李砥柱;林志;冯世进;黄勇祥
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2024(45)6
【摘要】目前对多锚片螺旋锚倾斜拉拔承载特性机制的认识尚不全面,承载力计算方法也还不成熟。

采用自制模型试验装置开展了双锚片螺旋锚的多角度倾斜拉拔模型试验,分析了荷载倾角、埋深比对荷载−位移曲线和抗拔承载力因子的影响规律。

通过量化水平向和竖向的控制程度分析了两个方向的耦合效应;基于数值模拟标定了锚片间距和荷载倾角对锚片上土压力的影响,提出了锚片上土压力影响系数计算方法,引入考虑位移影响的土压力近似计算方法和p-y曲线法,构建了双锚片螺旋锚倾斜拉拔力学模型,提出了双锚片螺旋锚倾斜拉拔承载力计算方法和相应步骤,并在3个试验案例的计算中取得了较好的效果。

所提模型和计算方法的研究思路可推广至其他多锚片的情况,但螺旋锚需满足属于刚性短桩的前提条件。

【总页数】15页(P1661-1674)
【作者】胡伟;李砥柱;林志;冯世进;黄勇祥
【作者单位】湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室;同济大学地下建筑与工程系;中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU476
【相关文献】
1.双锚片螺旋锚极限抗拔承载力研究
2.双锚片螺旋锚承载力的试验研究
3.倾斜螺旋锚片锚杆上拔性能室内试验研究
4.砂土中水平条形锚板竖向拉拔承载力统一计算方法研究
5.砂土中倾斜条形锚板法向拉拔承载特性研究
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