動力貫入錨的沉貫調節過程及承載力

《動力貫入錨的沉貫調節過程及承載力》是依託大連理工大學,由劉君擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：動力貫入錨的沉貫調節過程及承載力
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉君

項目摘要

錨固系統作為浮式海洋平台的重要組成部分，對保證平台安全運行至關重要。在眾多型式的錨固基礎中，動力貫入錨在重力作用下在水中自由下落並貫入海床，具有安裝簡便快捷、貫入深度大、承載效率高等優點，尤其能夠大大節省安裝成本，近十年來在海洋工程中越來越受歡迎。本研究從我國深海工程建設的實際需求出發，採用離心機模型試驗、數值模擬和解析分析相結合的手段，全面揭示動力貫入錨沉貫和調節過程中土與結構相互作用的機理和規律，建立考慮應變速率硬化、應變軟化和固結的基礎與水土介質相互作用大變形數值計算模型，提出動力貫入錨沉貫深度和極限承載力預測模型。同時引入結構最佳化理論，對動力貫入錨形狀進行拓撲最佳化。土與結構相互作用是當前海洋岩土工程研究的熱點和難點問題之一，動力貫入錨承載力相關研究成果有助於提高我國深海油氣工程的研究設計水平和自主創新能力，因而本項目具有重要的理論意義和套用價值。

結題摘要

錨固系統作為浮式平台的根基，對保證平台安全運行至關重要。在眾多型式的錨固基礎中，動力貫入錨是一種自安裝錨固基礎，通過在水中自由下落並貫入海床，具有安裝簡便快捷、貫入深度大、承載效率高等優點，能大大節省安裝成本。本項目根據申請書中擬定的研究內容和研究方案開展研究，經過四年的努力，取得了如下研究成果。(1) 發現矩形基礎的極限承載力隨著埋深的增加而增加，沒有承載力的極限埋深。建議了一個可計算均質黏土中包括薄板基礎在內的任意長寬比的矩形基礎在較大埋深情況下的承載力係數公式；(2) 建立了基於能量法的動力錨沉貫深度預測模型，提出了基於微分方程預測沉貫深度的理論分析方法，標定了計算模型中各參數的取值方法，探討了各參數的影響規律；(3) 建立了FFP端部承載力係數、端部和側壁率效應參數及拖曳係數的表達式，並提出了土體不排水抗剪強度的預測方法；(4) 提出了一套新的考慮多參數的錨板抗拔承載力計算公式；(5) 提出了基於錨鏈方程和錨鏈屈服包絡面的分析土中錨鏈反懸鏈線形狀的新方法，並據此提出了用於測量錨在土中運動軌跡和承載力的裝置及其方法，並獲得國家發明專利；(6) 探明了OMNI動力錨和SEPLA受到上拔力下潛的規律和內在機理以及承載力特性，建議了最優的錨眼偏移角以及泥面處的上拔角；(7) 提出了推進器的概念，能大幅提高動力錨的水動力學特性和沉貫深度，並獲得了國家發明專利；(8) 在土力學和流體力學兩個框架內改進了海底滑坡對懸跨管道作用的計算公式和包絡面方程，該公式能更準確地估算任意衝擊角度懸浮管線受到的法向和軸向衝擊力；(9) 系統研究了土石混合體的微巨觀特性，建立了二元混合體的宏細觀剪下特性的聯繫，闡明了土石混合體峰值和殘餘抗剪強度的組構異性機制。本項研究全面揭示了動力貫入錨沉貫和調節過程中土與結構相互作用的機理和規律，建立考慮應變速率硬化、應變軟化的基礎與水土介質相互作用大變形數值計算模型，提出動力貫入錨沉貫深度和極限承載力預測模型。相關研究成果有助於提高我國深海油氣工程的研究設計水平和自主創新能力。發表國際期刊論文16篇，中文核心期刊論文5篇，國際會議論文3篇，獲批國內發明專利3項，實用新型專利1項，通過PCT認證且正在申請進入主權國家專利1項。