【摘 要】
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海洋资源的开发和利用逐步向深远海迈进,已成为我国海洋发展的战略关键,因地制宜地发展适应我国海况的深水平台技术迫在眉睫。深海环境恶劣,对平台的系泊锚固系统提出了更高的要求。吸力锚基础是新型的锚固型式,应用前景十分广阔。已有多个学者对于吸力锚的承载特性进行了研究,但对于柔性连接的吸力锚基础研究较少,特别是柔性连接多桶基础的抗拔承载力。本文以高岭土作为离心模型试验材料,采用多种室内试验对高岭土与海洋软黏
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海洋资源的开发和利用逐步向深远海迈进,已成为我国海洋发展的战略关键,因地制宜地发展适应我国海况的深水平台技术迫在眉睫。深海环境恶劣,对平台的系泊锚固系统提出了更高的要求。吸力锚基础是新型的锚固型式,应用前景十分广阔。已有多个学者对于吸力锚的承载特性进行了研究,但对于柔性连接的吸力锚基础研究较少,特别是柔性连接多桶基础的抗拔承载力。本文以高岭土作为离心模型试验材料,采用多种室内试验对高岭土与海洋软黏土基本物理力学特性及set-up效应进行了研究,采用离心模型试验对吸力锚基础不同锚体个数、不同土体强度、不同荷载作用角度下的抗拔承载力进行了研究,推导了抗拔承载力公式,进而将由set-up效应和计算公式构成的承载力模型应用于某一海域中,主要研究内容和结论如下:(1)对高岭土、浅海软黏土、深海软黏土的基本物理力学性质进行了研究,总结出深海软黏土有高含水率、高细粒含量、高液塑限、高压缩性、低固结速率、低渗透性、高灵敏度的特征;试验用高岭土含水率较低,其他特征与深海软黏土较为一致;浅海软黏土有低含水率、低液塑限、偏高的固结速率、偏大的渗透性等特征,证实了高岭土可在实验中用于模拟深海软黏土和部分浅海土。(2)对单桶基础进行了不同土体强度的离心试验,对比了桶周土体变形影响范围、抗拔承载力、位移的不同。结果显示,超固结比越大,整体剪切破坏对桶周土体变形影响范围也越大;不均匀土体较之均匀土体刚度大,荷载—位移曲线在前期增长更加陡变,极限位移较小。推导了长径比、土体不均匀系数对反端承载力的影响公式,提出了单桶基础的抗拔承载力计算公式。(3)对不同荷载作用角度的双桶基础进行离心试验,对比了不同角度下的上拔承载力、竖向承载力、水平承载力,初始荷载作用角度较小者,倾斜荷载作用下得到的上拔承载力较小,竖向承载力较小,水平承载力较大。结合推导的承载力公式与塑性上限法,确定了不同荷载角度的群锚效应系数,用于研究柔性连接多桶基础的抗拔承载力。(4)测试了某海域初始土体强度和set-up效应作用下的土体强度,结果显示,触变强度在早期的几小时至1天,增加速率显著,而触变强度在1个月后变化不大;所有黏土由于触变效应引起的抗剪强度恢复均低于由于再固结引起的强度增加。结合set-up效应和抗拔承载力计算公式,构建了抗拔承载力模型,可得出短期和长期的吸力锚承载力经验值。在某一海域中,采用此模型确定了一定承载力下的吸力锚尺寸,对不同基础进行全过程周期分析,获得了贯入阶段所需吸力与最大吸力、回收阶段短期所需吸力与长期所需吸力等控制参数指标。
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