V-H荷载作用下海洋平台吸力式桩桶桩土承载特性研究
海洋平台的环境载荷
结构优化方法选择
拓扑优化
通过改变结构的拓扑构型，实现材料的高效利用和结构的轻量化 。
形状优化
调整结构的几何形状，以改善结构的受力性能和动力学特性。
尺寸优化
优化结构的截面尺寸和构件布局，以提高结构的承载能力和稳定性 。
结构优化效果评估
有限元分析
采用有限元方法对优化后的结构进行详细的受力分析和性能评估 。
04
CATALOGUE
海洋平台环境载荷计算方法研究
理论计算方法研究
1 2
基于势流理论的计算方法
通过建立海洋平台与周围流体的势流模型，利用 边界元等方法求解流体动力载荷。
基于莫里森公式的计算方法
针对小尺度结构物，利用莫里森公式计算波浪力 、水流力等环境载荷。
3
考虑流固耦合效应的计算方法
通过建立海洋平台与周围流体的流固耦合模型， 综合考虑结构变形对流场的影响，提高计算精度 。
海洋平台的环境载 荷
目录
• 海洋平台概述 • 环境载荷类型及特点 • 环境载荷对海洋平台影响分析 • 海洋平台环境载荷计算方法研究 • 环境载荷作用下海洋平台结构优化设计探
讨 • 总结与展望
01
CATALOGUE
海洋平台概述
定义与分类
定义
海洋平台是用于在海上进行石油 、天然气等资源的勘探、开发、 生产等作业的大型海上结构物。
数值模拟方法研究
01
基于有限元的数值模拟方法
利用有限元软件建立海洋平台的精细化模型，通过施加边界条件和载荷
，求解结构的应力和变形。
02
基于有限体积的数值模拟方法
通过建立海洋平台周围流体的有限体积模型，利用数值方法求解流体动
力载荷。
吸力桩基础设计与建造安装关键技术研究
doi:10.3969/j.issn,1001-2206.2021.02.019吸力桩基础设计与建造安装关键技术研究!宝金，魏士鹏，文江，张爱霞中国石油集团海洋工程有限公司，北京100028摘要：以南海某工程顶目为例，在简要介绍吸力N基础结构特点的基础上，对吸力N基础方案进［比选，而后详细介绍了吸力N基础设计关键技术，包括设计基础、主要设计校核工况、基础承载力计算、吸力N置入过程分析等，最后论述了吸力N基础建造及海上关键技术，点包括建造过程的建造工序、泉制、、、度、等；阐述了海上流程、应急案、ROV系、工窗□的选、系、吸力N基础入水、吸力N基础置入过程、对吸力N基础置入响以及承载能力等。
关键词：吸力N基础；设计；承载力；建造；安装Design,fabrication and installation of suction pile foundationMA Baojin,WEI Shipeng,WEN Jiang,ZHANG AixiaCNPC Offshore Engineering Company Limited,Beijing10002&ChinaAbstract:Taking a project in the South China Sea as an example,and based on brief introduction of the characteristics of suction pile foundation structure,the comparative selection of suction pile foundation schemes was carried out,and then the key techniques of suction pile foundation design were introduced in detail,including design foundation,main design checking conditions,foundation bearing capacity calculation,suction pile installation procedure analysis,etc.Finally,the key techniques of suction pile foundation construction and offshore installation were discussed,with the emphasis on construction process,welding quality control,welding deformation control, dimension control,precision control,weight control and so on.The offshore installation procedure flow,emergency plan,ROV system, selection of construction window,system debugging,suction pile foundation hoisting and sinking into water,control of suction pile foundation installation procedure,influence of soil data on suction pile foundation installation,assessment of bearing capacity were expounded.Keywords:suction pile foundation;design;bearing capacity;fabrication;installation上世纪70年代起，挪威率先在北海油田使用了一种名为裙式基础的近海地基基础。
竖向荷载作用下群桩承载力及变形特性研究
- 89 -工 程 技 术0 引言随着我国经济建设的快速发展，各类建筑物对基础的要求越来越高。
由于群桩基础承载力高和变形小的优点被广泛应用于基础工程建设中。
目前，关于群桩基础的研究主要集中于桩的承载力和变形方面。
杨德锋等[1]、杜思义等[2]综合采用承载力试验和数值模拟研究了群桩变形特性。
结果表明，群桩的沉降随桩心距增加而增大，当桩心距大于5倍直径时，沉降增加不再显著，当长径比为20~30时，桩的承载力随桩长增大而增加。
杜家庆等[3]基于有限元研究了群桩-土-承台相互作用。
结果表明，当竖向荷载大于一般的群桩极限承载力时，群桩对桩间土的夹持作用减少，侧壁摩阻力增大。
为了安全，通常可采用群桩沉降达到5%倍桩径时的荷载作为群桩的竖向极限承载力。
该文采用数值模拟方法，开展竖向荷载作用下群桩承载力及变形特性研究，讨论了桩的参数对群桩承载力及变形的影响。
研究结果可为群桩工程设计及施工提供借鉴。
1 工程概况G322G358南宁至宾阳至黎塘公路工程位于广西壮族自治区南宁市兴宁区、宾阳县境内，项目起于南宁市兴宁区五塘镇，接已建成南宁市昆仑大道南宁至五塘段，往东，沿现有国道 G322 布设至昆仑镇，折向东北经宾阳县高田、河田，从宾阳县城规划区南面绕行至大桥镇接回国道 G358，随后往东沿 G358 布设，经王灵镇、黎塘镇，终于南宁市与贵港市界。
路线全长89.135 km，共设置大桥18座，中桥26座，小桥10座，其中跨贵隆高速大桥下部基础采用群桩基础。
2 模型建立2.1 有限元模型建立跨河段设置桥梁跨越，其中徒骇河特大桥下部基础采用群桩基础。
采用FLAC 进行建模，其中土体为典型的粉质黏土。
群桩模型是由9根低承台桩组成的。
桩径为0.4m，桩长均为10m，桩间距为3倍桩径，承台尺寸为3.6m ×3.6m。
建立的数值分析模型如图1所示。
桩基础加载方式采用分级加载。
土体采用摩尔库伦本构模型，桩基础采用线弹性本构模型。
桩周水泥土对桩基水平承载性能影响的试验研究
桩周水泥土对桩基水平承载性能影响的试验研究摘要：为了开展桩周水泥土对桩基水平承载性能的影响研究，进行了一组钻孔灌注桩和桩周具有水泥土的静钻根植桩的现场静载试验。
试验结果表明：当水平荷载较小时，钻孔灌注桩的水平承载性能优于静钻根植桩，桩周水泥土对桩基水平承载性能的影响不大；随着桩顶水平荷载的增加，桩周水泥土逐渐发挥作用，其不仅能够提高桩基的水平临界荷载，还能减小桩顶水平位移，并使桩基不易发生突然破坏；桩周水泥土性质（强度、弹性模量）介于桩基和桩周土体性质之间，能够改善桩基水平承载性能。
关键词：水泥土；预制桩；钻孔灌注桩；水平承载性能；现场试验中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：国家自然科学基金项目（51978610）作者：王伟(1972– )，男，高级经济师，工学硕士。
主要从事交通、港航和岩土工程方面的管理及研究工作。
E-mail:*********************。
Field test on the influence of the cemented soil around the pileon the lateral bearing capacity of pile foundationWANG Wei( Hangzhou Highway, Port and Channel Management Centre, Hangzhou 310005, China)Abstract: To investigate the influence of the cemented soil around the pile on the lateral bearing capacity of pile foundation, a groupof fields of the bored piles and the pre-bored grouting planted pileswhich have cemented soil around the pile were conducted. The testresults showed that: when the applied lateral load is relatively limited, the lateral bearing capacity of the bored pile is better than the lateral bearing capacity of the pre-bored grouting planted pile, and the cemented soil around the pile does not have much influence on the lateral bearing capacity; the function of the cemented soil is gradually mobilized with the applied lateral load increasing, and the cemented soil can help increase the lateral critical bearing capacity and restrict the lateral displacement, moreover, the cemented soil can also prevent the pile foundation from abrupt failure; the properties (strength and elastic modulus) of the cemented soil is between thepile and the surrounding soil, and it can truly improve the lateral bearing capacity of pile foundation.Key words: cemented soil; precast pile; bored pile; lateralbearing capacity; field test0 前言近年来，随着海洋工程和城市基础建设的高速发展，桩基础被广泛应用于港口码头、海洋平台、高速铁路和大型桥梁等工程中；与一般建筑物中的桩基础相比，上述工程中的桩基础除了承受竖向荷载之外还需要承受水平荷载，因此需要对桩的水平承载性能进行研究。
海洋平台桩基设计
6D rD / Cu J
3）沙性土的p—y曲线
沙性土分为浅层土和深层土，极限土抗力转折点 深度为： (C3 C2 ) D
XR C1
当 x X R 时，为浅层土；当 x X R 时，为深层土。 极限土抗力：对浅层土：pu (C1x C2 D)rx 对深层土： pu C3 Drx 某一给定深度x的沙性土p—y曲线方程为：
1）软粘土的p—y曲线 曲线方程式为：
p y 1/ 3 0.5( ) pu Yc
临界深度： JxCu x X p 3 C rx 当 时，土壤极限抗力为： u u D 当 x X 时， pu 9Cu 2）硬粘土的p—y曲线 在工程中以实际试验资料绘制p—y曲线
R R
XR
二、横向荷载作用下的群桩效应
无论打入沙土中的群桩，还是打入粘土中的群 桩，其群桩的变形通常都大于作用于群桩的荷 载均分到孤立单桩上引起的单桩的变形。
三、群桩的轴向力计算
第三节 单桩横向承载力计算
桩的横向承载力与下列因素有关： 桩的入土深度 桩的截面强度和抗弯刚度 桩顶和桩底的嵌固条件 载荷性质 有无轴向载荷同时作用 桩周围土的强度与变形性状 上部结构物特性 一般分别按刚性桩和柔性桩计算。
推导得桩身水平位移和弯矩：
H 0T 3 M 0T 2 yx Ay By EI EI
M x Am H 0T Bm M 0
桩身最大弯矩的位置、最大弯矩可按下式计算： M max M 0C2 或 M max H 0TD2 xm z T
（2）桩顶固定而不能转动 当x=0即桩顶固定时，桩顶转角为零：
一、桩的破坏性状和分类
1. 横向荷载作用下单桩的破坏性状 受力情况：桩在横向荷载作用下桩顶产生水平位移和 转角，桩身出现弯曲应力，桩前土体受侧向挤压。 破坏情况： 桩身由于荷载产生的弯矩过大而断裂 桩周土被挤出，从而导致桩的整体转动、倾倒或桩 顶位移过大 1）刚性桩的破坏 2）半刚性桩的破坏 弹性桩 3）柔性桩的破坏
饱和黏土中大直径桶形基础承载力研究
饱和黏土中大直径桶形基础承载力研究◎ 霍泽宽 赵党 梁红雨 河北科技大学建筑工程学院摘 要：大直径桶形基础主要用于支撑桥梁、防波堤、海上养殖等场景，同时在复杂的海洋情况下该基础会承受法向力、切向力及弯矩三种荷载。
本文利用ABAQUS建立了饱和黏土中不同埋入比大的大直径桶形基础与土体相互作用的有限元模型，分析了三种不同接触下基础的承载力变化。
在此基础上，提出大直径桶形基础的法向承载力、切向承载力和弯矩承载力的经验公式，为实际工程应用提供参考。
关键词：大直径圆桶基础；饱和黏土；埋入比；承载力；ABAQUS1.引言大直径桶形基础近年来成为海上工程领域的研究热点，如海上人工岛、海上养殖场、港珠澳大桥等。
大直径桶形基础由混凝土或钢材制成，顶部与底部中空形成一个空心薄壁结构。
在施工过程中可采用不同的安装方式，在砂质或黏土沉积的现场条件下，通常借助振动或驱动锤安装。
随着土地复垦需求的增加，需要提供一个可靠又经济的基础形式来解决海上人工岛的要求。
虽然桩基础施工安装方面技术成熟可作为优先选择，但大型人工岛所需大量桩基础会带来超高预算。
海上风机底部采用的圆形裙边基础可作为选择[1-3]，但基础顶盖会增加制造成本。
由于在使用中遇到相对较低的法向荷载，而且上层建筑不需要建立于顶盖之上。
空心大直径桶形基础在安装方便、预制简单具有明显优势。
大直径桶形基础插入海床以后，由于海况复杂会受到不同方向的力[4-6]。
例如自重作用下的竖向力，波浪流对基础的水平推力及旋转所承受的弯矩荷载。
本文对大直径桶形基础的法向力、切向和弯矩三种单轴荷载作用下的极限承载力进行研究，为工程应用提供参考。
2.有限元计算模型2.1模型参数为了便于计算，数值模拟采用图1所示半模型作为本文算例。
基础直径D=30m，壁厚为0.01D，采用了五种不同的埋入比，L/D分别为0.2、0.4、0.6、0.8和1；另外，基础因其刚度相对较大而被简化为刚体，施加载荷的基准点（RP）设置在基础底部中心。
深海含水合物海洋土-桩基相互作用机理及失稳破坏机制
一、引言深海含水合物是一种广泛存在于深海的天然资源，其潜在储量巨大，对人类的能源需求具有重要意义。
然而，深海含水合物的开发受到了许多限制，其中之一便是海洋土-桩基相互作用问题。
海洋土-桩基相互作用是指桩基在海洋土中受到的各种外力和环境因素的作用，进而影响桩基的稳定性和安全性。
深入研究深海含水合物海洋土-桩基相互作用机理及失稳破坏机制具有重要意义。
二、深海含水合物海洋土-桩基相互作用机理1. 深海含水合物海洋土特点深海含水合物分布于海底的温度低于零摄氏度，压力超过标准大气压的高压环境中。
在这种特殊环境中，海洋土的物理和力学性质与陆地上的土壤存在着巨大的差异，主要表现在密实度、孔隙水压强度、孔隙水化学成分等方面。
2. 深海桩基结构特点深海工程中，桩基常用于支撑评台结构或作为管线的支撑元件。
在深海环境中，桩基需要承受海水的压力、海洋土的侧向力和水流的冲刷等复杂环境作用，因此对桩基的结构设计和材料选取提出了更高的要求。
3. 海洋土-桩基相互作用机理海洋土与桩基之间存在复杂的相互作用关系，主要包括桩基在海洋土中承受的力学作用、海洋土对桩基的侵蚀作用以及孔隙水的压力变化对桩基的影响。
这些相互作用机理直接影响桩基的稳定性和安全性。
三、深海含水合物海洋土-桩基失稳破坏机制1. 海洋土侵蚀在深海环境中，海洋土对桩基的侵蚀作用是导致桩基失稳破坏的重要因素之一。
海洋土的侵蚀不仅会降低桩基的承载力和抗侧力能力，还可能导致桩基的腐蚀和损坏，最终导致桩基的失稳破坏。
2. 孔隙水压力变化海洋土中的孔隙水压力随海水的流动和地质活动而发生变化，这种孔隙水压力的变化会对桩基的稳定性产生重要影响。
特别是在地震等自然灾害发生时，孔隙水压力的急剧变化可能引发桩基的失稳破坏。
3. 力学作用海洋土对桩基的力学作用包括侧向土压力、水平地震力、竖向荷载等，这些外力作用会增加桩基的应力和变形，进而影响桩基的稳定性。
尤其是在深海含水合物开采过程中，工程设备对海洋土的振动和冲击也会对桩基产生影响。
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V-H荷载作用下海洋平台吸力式桩桶桩土承载特性研究
V-H荷载作用下海洋平台吸力式桩桶桩土承载特性研究
摘要：
海洋平台作为石油开发、风力发电等海洋工程的重要组成部分，
在海洋环境中承受着来自海浪、海流等不同力载荷的作用。为
了保证海洋平台的稳定性和安全性，对其基础结构，特别是桩
基础的承载特性进行研究至关重要。本文通过试验和数值分析
的方法，研究了V-H荷载作用下海洋平台中吸力式桩桶桩土的
承载特性，为设计和施工提供了理论依据。
关键词：海洋平台，吸力式桩，桶桩，桩土相互作用，承
载特性
引言：
海洋平台是指建在大陆架上或远离岸边的海上工程平台，承载
着各类海洋工程设施和设备，如石油开发平台、风电设施等。
由于海洋环境的特殊性，海洋平台所承受的荷载不仅包括垂直
荷载，还包括来自海浪、海流等水平方向的荷载。为了保证海
洋平台的稳定性和安全性，其基础结构的设计和施工必须考虑
海洋环境的复杂性。在海洋平台的桩基础中，吸力式桩桶桩是
一种常用的基础形式，其通过吸力力和桶桩与土体的相互作用
来承担承载荷载。
方法：
本研究通过试验模型和数值分析的方法，综合考虑了V-H荷载
作用下吸力式桩桶桩土的承载特性。试验模型选择了典型的海
洋平台结构，并按照实际设计参数进行了缩尺试验。试验过程
中，通过测量各个部位的应变和位移，分析了桩土相互作用的
特性，以及V-H荷载对吸力式桩桶桩基础的影响。同时，利用
数值方法对试验结果进行了验证和分析，以深入理解桩土相互
作用机制。
结果与讨论：
试验结果显示，在V-H荷载作用下，吸力式桩桶桩土的承载特
性表现出了明显的非线性行为。受到吸力力的作用，桩土之间
形成了复杂的交互作用，进而影响了桩基础的承载力。此外，
在水平方向的荷载作用下，桶桩在承载荷载的过程中会发生相
对位移，这可能导致桶桩在承载过程中的变形和位移。数值分
析结果与试验结果相吻合，揭示了吸力式桩桶桩土的力学行为
和承载特性。
结论：
本研究通过试验和数值分析的方法，探究了V-H荷载作用下海
洋平台吸力式桩桶桩土的承载特性。研究结果表明，吸力力的
作用对桩土相互作用和桩基础的承载性能产生明显影响。本文
的研究成果为海洋平台的设计和施工提供了理论依据，对于提
高海洋平台的稳定性和安全性具有重要意义。未来的研究可以
进一步深化对于海洋平台各部位的承载特性，以及更为精细的
桩土相互作用分析
综合以上研究结果和讨论，本研究通过试验和数值分析的
方法，深入探究了V-H荷载作用下海洋平台吸力式桩桶桩土的
承载特性。结果表明，吸力力对桩土相互作用和桩基础的承载
性能有显著影响。在水平方向的荷载作用下，桶桩会发生相对
位移，可能导致变形和位移。数值分析结果与试验结果吻合，
揭示了吸力式桩桶桩土的力学行为和承载特性。本研究的成果
为海洋平台的设计和施工提供了理论依据，对于提高平台的稳
定性和安全性具有重要意义。未来的研究可以进一步深化对于
各部位的承载特性的研究，以及更为精细的桩土相互作用分析