土木工程-开题报告
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国内考虑土体变异性可靠度分析主要限于边坡稳定分析，《水 利边坡规范》建议对1级边坡进行可靠度分析，可靠度方法是岩 土工程分析发展的一种趋势。
23
研究目的
采用随机场理论和有限元方法相结合来探讨空间变 异土体和荷载的变异性是如何影响桩靴基础承载力 及其失效机理。 利用可靠度分析方法给出指导工程实践的桩靴在空 间变异土质条件下承载力可靠指标。
国内海洋石油钻井平台
3
我国自升式钻井平台数量统计（2010截至）
钻井平台名称 中海油9号 中国石油集团海洋工 中海油10号 程有限公司 中海油1号 勘探2号 胜利5号 胜利6号 中国石化集团 胜利7号 胜利8号 胜利9号 渤海4号 渤海5号 渤海7号 渤海8号 渤海9号 渤海10号 渤海12号 中国海洋石油总公司 南海1号 南海4号 中国海洋931 中国海洋935 中国海洋941 中国海洋942 公司名称 桩腿类型 4根圆柱形桩腿 4根圆柱形桩腿 4根圆柱形桩腿 3根桁架形桩腿带桩靴 4根圆柱形桩腿带桩靴 4根圆柱形桩腿带桩靴 3根圆柱形桩腿带桩靴 3根圆柱形桩腿带桩靴 3根圆柱形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 4根圆柱形桩腿 4根圆柱形桩腿带桩靴 3根圆柱形桩腿带桩靴 4根圆柱形桩腿 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 最大作业水深(m) 制造年份 76 2008 76 2009 25 1998 90 1976 25 1981 30 1982 30 1982 20 1981 30 1978 90 1977 40 1983 40 1983 75 1980 40 1984 75 1980 55 1978 90 1976 90 1978 97 1976 90 2006 122 2006 122 2008 备注 进口 进口 国产 进口 进口 进口 进口 进口 进口 进口 国产 国产 国产 进口 进口 进口 进口 进口 进口 进口 国产 国产
3
空间变异土介绍
(kPa)
Y-Z 木桶理论 平面
空间变异粘土
17
研究意义
海底地质复杂，自升式钻井平台事故发生事故较多是桩靴基础 承载力不足而引起的失效破坏。
工程中海底土的现场试验和离心机试验等成本很高而且数据结 果有限，现行研究大多通过考虑土体参数的空间变异性模拟可 能出现的各种复杂工况。 国内对于海洋钻井平台桩靴基础的工作性能及承载力的研究相 对较少，还在起步阶段，主要还是均质土或者分层土的数值模 拟研究和理论分析。
研究过程中可能遇到的困难以及解决措施
2
4
5 6
课题来源及研究目的和意义
海洋石油钻井平台
目前我国三大石油集团正在使用的自升式钻井平台大约30艘左 右，并且采用独立桩靴基础的海上自升式钻井平台为数较多， 而其中超过70%的平台是由3个或4个独立桩靴基础支撑于海床土 中。由此可见，海上钻井平台在我国海上油田的勘探开发中占 有极其重要的地位。
改善在过去的设计规范中对于桩靴基础承载力计算 的保守和模糊性。
23
主要内容
1
2 3
课题来源及研究目的和意义 国内外研究现状及分析
主要研究内容和方案 进度安排 预期达到的目标和取得的研究成果
研究过程中可能遇到的困难以及解决措施
7
4
5 6
本课题的国外研究现状及分析
英国牛津大学Martin等通过多年对于粘土地基离心机实验和 理论分析总结，提出用于桩靴基础的地基失效模型，地基土 在水平力、竖向力和力矩荷载组合作用下屈服面为橄榄球形。
课题来源及研究目的和意义
桩靴基础失效的几种主要形式：
Biblioteka Baidu
预压过程发生基础穿刺现象，多发生在上硬下软土层；
风暴荷载产生的基础下降过大； 冲刷作用减小桩脚承载面积导致失稳； 地震等引起的海底泥沙运动对桩靴基础冲击造成失稳；
3
课题来源及研究目的和意义
桩靴基础失效导致平台倾覆
桩靴基础失效造成桩腿屈曲
开题报告
海洋桩靴基础在随机变异粘土中的三维 数值模拟
主要内容
1
2 3
课题来源及研究目的和意义 国内外研究现状及分析
主要研究内容和方案 进度安排 为完成课题已具备和所需的条件
研究过程中可能遇到的困难以及解决措施
1
4
5 6
主要内容
1
2 3
课题来源及研究目的和意义 国内外研究现状及分析
主要研究内容和方案 进度安排 预期达到的目标和取得的研究成果
课题来源及研究目的和意义
H
桩腿 海平面
Wv
桩靴 海床
海床
钻井平台和桩靴基础简图
4
课题来源及研究目的和意义
MSI工程公司关于海洋钻井平台事故的调查结果显示，自升式钻 井平台可能发生的事故种类繁多，但由于桩靴基础承载力不足 而发生的事故所占比例在半数以上。
海洋钻井平台事故统计分析 MSI, Guidelines for jack-up rigs with particular reference to foundation integrity, MSI Engineering Limited for the Health and Safety Executive, Research Report, 3 2004, 289
Templeton等用有限元方法对桩靴基础的弯矩和水平承载力 进行分析，并且提出了弯矩和水平承载力的相关公式。
Cassidy (2013)等发现单独竖向力、水平力和力矩荷载分别作 用下，地基极限承载力随土的不排水抗剪强度变异性增大而 减少。 不考虑土壤的各向异性的特点时，桩靴基础承载力可能会被 严重高估 (Griffiths and Fenton 2001)。 Griffiths (2002)等观察发现在随机土中基础承载力均值相对于 均质土承载能力降低了约20–30%左右。
海洋钻井平台倒塌灾难
4
海洋工程地质的复杂性
海底的地形、地貌通常被海水浸没，不能直接观察，给客 观认识带来了困难；
海底工程地质取样不同于陆地，从海底取出的土样离开海 底后，所处的环境温度、压力等条件已经与海底完全不同， 不能反映真实的海底土的物理状态； 海底地形和沉积物不稳定。在海浪、潮汐等各种因素作用 下，海底地形和沉积物不断演化，更加不稳定。
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研究目的
采用随机场理论和有限元方法相结合来探讨空间变 异土体和荷载的变异性是如何影响桩靴基础承载力 及其失效机理。 利用可靠度分析方法给出指导工程实践的桩靴在空 间变异土质条件下承载力可靠指标。
国内海洋石油钻井平台
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我国自升式钻井平台数量统计（2010截至）
钻井平台名称 中海油9号 中国石油集团海洋工 中海油10号 程有限公司 中海油1号 勘探2号 胜利5号 胜利6号 中国石化集团 胜利7号 胜利8号 胜利9号 渤海4号 渤海5号 渤海7号 渤海8号 渤海9号 渤海10号 渤海12号 中国海洋石油总公司 南海1号 南海4号 中国海洋931 中国海洋935 中国海洋941 中国海洋942 公司名称 桩腿类型 4根圆柱形桩腿 4根圆柱形桩腿 4根圆柱形桩腿 3根桁架形桩腿带桩靴 4根圆柱形桩腿带桩靴 4根圆柱形桩腿带桩靴 3根圆柱形桩腿带桩靴 3根圆柱形桩腿带桩靴 3根圆柱形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 4根圆柱形桩腿 4根圆柱形桩腿带桩靴 3根圆柱形桩腿带桩靴 4根圆柱形桩腿 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 3根桁架形桩腿带桩靴 最大作业水深(m) 制造年份 76 2008 76 2009 25 1998 90 1976 25 1981 30 1982 30 1982 20 1981 30 1978 90 1977 40 1983 40 1983 75 1980 40 1984 75 1980 55 1978 90 1976 90 1978 97 1976 90 2006 122 2006 122 2008 备注 进口 进口 国产 进口 进口 进口 进口 进口 进口 进口 国产 国产 国产 进口 进口 进口 进口 进口 进口 进口 国产 国产
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空间变异土介绍
(kPa)
Y-Z 木桶理论 平面
空间变异粘土
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研究意义
海底地质复杂，自升式钻井平台事故发生事故较多是桩靴基础 承载力不足而引起的失效破坏。
工程中海底土的现场试验和离心机试验等成本很高而且数据结 果有限，现行研究大多通过考虑土体参数的空间变异性模拟可 能出现的各种复杂工况。 国内对于海洋钻井平台桩靴基础的工作性能及承载力的研究相 对较少，还在起步阶段，主要还是均质土或者分层土的数值模 拟研究和理论分析。
研究过程中可能遇到的困难以及解决措施
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5 6
课题来源及研究目的和意义
海洋石油钻井平台
目前我国三大石油集团正在使用的自升式钻井平台大约30艘左 右，并且采用独立桩靴基础的海上自升式钻井平台为数较多， 而其中超过70%的平台是由3个或4个独立桩靴基础支撑于海床土 中。由此可见，海上钻井平台在我国海上油田的勘探开发中占 有极其重要的地位。
改善在过去的设计规范中对于桩靴基础承载力计算 的保守和模糊性。
23
主要内容
1
2 3
课题来源及研究目的和意义 国内外研究现状及分析
主要研究内容和方案 进度安排 预期达到的目标和取得的研究成果
研究过程中可能遇到的困难以及解决措施
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5 6
本课题的国外研究现状及分析
英国牛津大学Martin等通过多年对于粘土地基离心机实验和 理论分析总结，提出用于桩靴基础的地基失效模型，地基土 在水平力、竖向力和力矩荷载组合作用下屈服面为橄榄球形。
课题来源及研究目的和意义
桩靴基础失效的几种主要形式：
Biblioteka Baidu
预压过程发生基础穿刺现象，多发生在上硬下软土层；
风暴荷载产生的基础下降过大； 冲刷作用减小桩脚承载面积导致失稳； 地震等引起的海底泥沙运动对桩靴基础冲击造成失稳；
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课题来源及研究目的和意义
桩靴基础失效导致平台倾覆
桩靴基础失效造成桩腿屈曲
开题报告
海洋桩靴基础在随机变异粘土中的三维 数值模拟
主要内容
1
2 3
课题来源及研究目的和意义 国内外研究现状及分析
主要研究内容和方案 进度安排 为完成课题已具备和所需的条件
研究过程中可能遇到的困难以及解决措施
1
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5 6
主要内容
1
2 3
课题来源及研究目的和意义 国内外研究现状及分析
主要研究内容和方案 进度安排 预期达到的目标和取得的研究成果
课题来源及研究目的和意义
H
桩腿 海平面
Wv
桩靴 海床
海床
钻井平台和桩靴基础简图
4
课题来源及研究目的和意义
MSI工程公司关于海洋钻井平台事故的调查结果显示，自升式钻 井平台可能发生的事故种类繁多，但由于桩靴基础承载力不足 而发生的事故所占比例在半数以上。
海洋钻井平台事故统计分析 MSI, Guidelines for jack-up rigs with particular reference to foundation integrity, MSI Engineering Limited for the Health and Safety Executive, Research Report, 3 2004, 289
Templeton等用有限元方法对桩靴基础的弯矩和水平承载力 进行分析，并且提出了弯矩和水平承载力的相关公式。
Cassidy (2013)等发现单独竖向力、水平力和力矩荷载分别作 用下，地基极限承载力随土的不排水抗剪强度变异性增大而 减少。 不考虑土壤的各向异性的特点时，桩靴基础承载力可能会被 严重高估 (Griffiths and Fenton 2001)。 Griffiths (2002)等观察发现在随机土中基础承载力均值相对于 均质土承载能力降低了约20–30%左右。
海洋钻井平台倒塌灾难
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海洋工程地质的复杂性
海底的地形、地貌通常被海水浸没，不能直接观察，给客 观认识带来了困难；
海底工程地质取样不同于陆地，从海底取出的土样离开海 底后，所处的环境温度、压力等条件已经与海底完全不同， 不能反映真实的海底土的物理状态； 海底地形和沉积物不稳定。在海浪、潮汐等各种因素作用 下，海底地形和沉积物不断演化，更加不稳定。