[發明專利]一種適用于樁靴插拔對臨近樁基影響的數值模擬方法

有效

• 申請號: 201810265964.7
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN110321569B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 馬文冠;劉潤;練繼建;丁紅巖
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 王海濱

本發明公開了一種適用于樁靴插拔對臨近樁基影響的數值模擬方法，該方法包括以下步驟：S1、根據實際工況，建立數值計算分析模型，包括：土體模型、樁靴基礎模型、樁基礎模型，所述土體模型包括歐拉區域與拉格朗日區域；S2、對所建立的模型賦材料屬性；S3、對建立模型進行裝配；S4、建立相對應分析步；S5、建立樁靴基礎模型、樁基礎模型、土體模型間的相互作用；S6、建立合理的邊界條件；S7、對歐拉區域的土體進行材料屬性指派以及對該土體施加地應力場；S8、對建立的所述數值計算分析模型進行網格劃分并提交計算，得到樁基礎模型的位移和彎矩的結果。本發明符合工程實際，方法簡單明確，易于計算，所涉及參數容易確定且可靠。

技術領域

本發明屬于數值模擬技術領域，具體涉及一種適用于樁靴插拔對臨近樁基影響的數值模擬方法。

背景技術

近年來，國內經濟的快速發展帶來了大量的能源需求，且國內的陸地油氣資源開發程度已經很高，陸上可開采能源越來越少，大規模的海上油氣資源開發成為了發展的必然趨勢。鉆井船鉆井過程中，需要在臨近樁基平臺附近將大直徑樁靴貫入至海床泥面以下一定深度，為鉆井船作業提供必要的承載力，這就不可避免對臨近樁基產生不利影響，甚至危害平臺安全。在鉆井船就位時，插樁的深度往往會超過10m，尤其是在大尺寸樁靴插入時，某些樁靴的最大橫截面直徑可達18m，此時排開的土體量就相當可觀，這些被排開的土體不可避免的會導致臨近樁基承受擠壓荷載和相應的彎矩以及剪力。因此，對于插樁施加于相鄰樁基的影響進行定量評價就顯得尤為重要了。

當今國內外對于該項研究的進展不足，并且往往局限于模型試驗這一領域，現有成果雖然對實驗數據進行了總結也模擬出了一些經驗關系式，但受限制于實驗條件也由于離心模型試驗的復雜性和過高的實驗成本，基于現有試驗模型的研究往往只能模擬較為簡單的土層中的樁靴插拔對臨近樁基的影響程度，無法開展大規模的復雜化的模型試驗。

近年來，隨計算機硬件不斷提提高和有限元分析技術不斷完善，為使用數值方法來模擬樁靴插拔對臨近樁基礎影響提供了可能。現在常用耦合的歐拉-拉格朗日方法模擬樁靴插拔對臨近樁基礎的影響，計算模型示意如附圖1所示，歐拉土體與拉格朗日土體分界線以上為歐拉土體，以下為拉格朗日土體。該方法計算樁基礎樁身變形與樁身彎矩時依賴歐拉土體與拉格朗日土體界限的選取，不同的界限選取計算結果會相差很大，因此具有一定的局限性。

上述現有技術存在以下缺點；

1、采用離心模型試驗成本過，流程復雜，難以大規模開展；

2、常規有限元計算模擬局限性高，結果不穩定。現有技術的細致描述。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種適用于樁靴插拔對臨近樁基影響的數值模擬方法，該適用于樁靴插拔對臨近樁基影響的數值模擬方法能夠準確評估實際工況中樁靴插拔對臨近樁基的影響。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種適用于樁靴插拔對臨近樁基影響的數值模擬方法，所述方法使用ABAQUS數值分析軟件中的CEL有限元法計算方法，包括以下步驟：

S1、根據實際工況，建立數值計算分析模型，包括：土體模型、樁靴基礎模型、樁基礎模型，所述土體模型包括歐拉區域與拉格朗日區域兩部分，所述歐拉區域建模原則為：整個所述土體模型均設為所述歐拉區域，將所述歐拉區域分割成三部分，第一空穴、第二空穴和所述樁靴基礎模型的插拔計算區域，所述第一空穴為所述樁靴基礎模型在插拔過程中土體向上隆起變形提供空間，所述第二空穴為嵌放所述拉格朗日區域提供空間；所述拉格朗日區域建模原則為：所述拉格朗日區域與歐拉區域的所述第二空穴的大小與形狀一致，用于計算所述樁靴基礎模型在插拔過程中導致所述樁基礎模型的位移和彎矩響應，所述歐拉區域與所述拉格朗日區域縱向界線的選取原則為：所述縱向界線至所述樁靴基礎模型的相鄰邊緣與所述縱向界線至所述樁基礎模型的相鄰邊緣距離相等；

S2、對所建立的所述數值計算分析模型賦材料屬性；