钻井船拔桩后邻近桩残余响应数值分析

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海上导管架平台往往需要钻井船辅助作业,钻井船作业时需由插入海底一定深度的大尺寸桩靴支撑。作业完成后,桩靴又需从海床拔出,拔出土层后,其周围土体不可恢复的变形会使邻近桩承受相应的残余荷载,进而导致桩身产生永久的内力与变形。如果再遭遇极端环境荷载,残余荷载就可能成为平台桩基设计的控制荷载条件,因此有必要对钻井船拔桩后的邻近桩残余响应进行研究。目前,对于钻井船桩靴拔桩后的邻近桩残余荷载少有分析,且没有较成熟的分析方法。为此本文建议了一种分析桩靴拔出土层后邻近平台桩所受水平残余荷载的方法。该方法首先通过耦合欧拉-拉格朗日(CEL)大变形算法确定桩靴拔出土层后邻近桩的水平位移,然后利用正交函数最小二乘法确定出相应的桩身水平位移函数,进而依据梁的弯曲理论及主动桩的p-y曲线确定邻近桩桩身受到的水平附加荷载。利用该方法对已有离心模型试验进行预测与比较,验证了这种分析桩靴拔出土层后邻近桩水平残余荷载方法的可行性。然后,利用分析邻近桩水平残余荷载的方法,针对粘土、砂土及成层土场地,通过对不同影响因素的研究,建议了有必要评价桩靴拔出土层后邻近桩水平残余响应的参考条件:(1)粘土场地中,针对固定桩头条件,若桩靴贯入深度大于1.5倍桩靴直径(1.5D),则有必要评价邻近桩的水平残余响应;若桩靴贯入深度在1.0D-1.5D之间,同时泥面处不排水抗剪强度(su0)小于6.0k Pa且土层强度随深度变化系数(k)小于1.5k Pa/m时,则有必要评价邻近桩的水平残余响应;若桩靴贯入深度小于1.0D时,可不评价邻近桩的水平残余响应。(2)砂土场地中,若桩靴贯入深度大于0.75D,则有必要评价邻近桩的水平残余响应;若桩靴贯入深度不超过0.75D,且内摩擦角大于30o时,则有必要评价邻近桩的水平残余响应。进一步,将CEL算法与桩土荷载传递方法相结合,建议了分析桩靴拔出土层后邻近桩竖向残余荷载的方法。通过对已有离心模型试验的预测与对比,验证了该方法的可行性。此外,当桩靴与邻近桩净间距为0.5D时,建议了有必要评价邻近桩竖向残余响应的参考条件:(1)对于砂土场地,当桩靴贯入深度为0.5D时,可不评价邻近的桩竖向残余响应。(2)对于粘土场地,桩靴贯入深度为1.0D时,若su0为6.0k Pa时,则有必要评价邻近桩的竖向残余响应。
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