海洋平台地基基础变形破坏离心模拟和极限分析-长江科学院院报.pdfVIP

　 第２９卷第１期 长　江　科　学　院　院　报 Ｖｏｌ．２９　Ｎｏ．１　　 　　２０１２年 １月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｊａｎ．２０ １２　 　 　　文章编号：１００１－５４８５（２０１２）０１－００６９－０５ 海洋平台地基基础变形破坏离心模拟和极限分析 １ ２ １ ３ 张建红 ，林小静 ，熊中生 ，鲁晓兵 （１．清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京　１０００８４；２．广州市设计院，广州　５１０６２０； ３．中国科学院力学研究所，北京　１０００８０） 摘要：吸力式基础是海洋平台的一种新型基础形式，具有承载力高、成本低、可重复使用和适应各种复杂的海洋荷 载环境等优点，在近海滩涂和深海石油开发中有广泛的应用。针对中国近海地质条件和海洋环境开展吸力式基础 承载特性的研究，研制了离心机上电磁式、长历时、大负载、宽频率范围激振器，实现了对结构施加循环水平动荷 载。进行了一系列海洋平台吸力式基础离心模型试验，揭示了结构振动荷载作用下基础变形失稳机理，得到了荷 载强度和结构刚度对基础稳定性的影响。提出了能够考虑竖向荷载、水平荷载和弯矩联合作用、基于塑性力学上 限定理的桶基－地基的三维极限分析方法。 关　键　词：吸力式基础；离心机；孔隙水压力 中图分类号：ＴＵ４１１．５　　　文献标志码：Ａ 对海洋平台的作用是基础设计的重要考虑因素。 １９６９年我国渤海２号平台被海冰推倒，造成直接经 １　工程背景 ［１］ 济损失２０００多万元 。这次事故和随后出现的海 海洋石油开发是高科技、高风险、高投入的业 冰剪断导管架钢管等事故引起了工程界对冰荷载的 务，海洋油气勘探开发最大的风险就是施工风险。 关注。冰荷载对平台的作用可以分为２类：一类是 海洋平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵。与陆地相 分布在海面上的具有一定厚度的大块冰排挤压平台 比，海洋环境十分复杂，风、波浪、洋流、海冰和潮汐 结构，表现出的是静荷载；另一类是挤压导致冰排破 时时作用于结构，同时还受到地震作用的威胁。在 碎和受波浪等影响对平台结构产生的动荷载。为了 这样的环境条件下，环境腐蚀、海生物附着、地基土 研究这一动荷载对桶形基础的影响，清华大学和中 冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械疲 国科学院力学研究所结合近海海洋油气平台的重大 劳以及损伤累积等不利因素都将导致平台结构构件 关键技术问题研究，合作开展了一系列大圆筒基础 和整体抗力的衰减，影响结构的安全度和耐久性。 在水平和竖向静载和循环动荷载作用下的离心模型 历史上曾有过多次海洋平台的事故，造成了重大的 试验。 经济损失和不良的社会影响。例如， １９６５年英国北 本文介绍不同循环荷载强度下大圆筒基础和地 海的海上钻石号钻井平台支柱拉杆脆性断裂，导致 基的动力响应特征（鲁晓兵等［２－５］、张建红等［６－９］）。 平台沉没；１９６８年罗兰角号钻井平台事故；１９６９年 我国渤海２号平台被海冰推倒，造成直接经济损失 ２　循环荷载加载设备 ２０００多万元；１９９７年渤海４号烽火平台倒毁；１９８０ 年北海Ｅｋｏｆｉｓｋ油田的ＡｌｅｘａｎｄｅｒＬＫｉｅｌｌａｎｄ号五腿 中国科学院力学所和清华大学联合研制了用于 钻井平台发生倾覆，导致 １２２人死亡；２００１年巴西