[發明專利]一種水平力下鉆井船插樁對鄰近群樁影響的數值分析方法

在審

• 申請號: 201910568199.0
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110135125A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 王慶功;王建華;范怡飛;郭東
• 申請（專利權）人: 天津大學前沿技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 長沙智德知識產權代理事務所(普通合伙) 43207
• 代理人: 左祝安

本發明公開了一種水平力下鉆井船插樁對鄰近群樁影響的數值分析方法，包括下列5個步驟：S1、依據工程地質，建立符合實際的數值分析模型；S2、在群樁樁頭施加固定的水平荷載，然后模擬插樁過程，輸出插樁前后樁體和土體的水平位移云圖及樁體的水平位移曲線；S3、根據樁體參數及API規范，建立對應的非線性地基梁模型；S4、把S2得到的樁身位移輸入到非線性地基梁模型中，輸出插樁前后彎矩沿樁身的分布曲線；S5、對比插樁前后的模擬結果，對水平力作用下鉆井船插樁對鄰近群樁影響程度進行評價；能夠對比插樁前后樁身位移曲線、樁身彎矩曲線，更能直觀合理的評價在水平力作用下鉆井船插樁對鄰近群樁的影響，操作簡單，易于實際應用。

技術領域

本發明涉及海洋工程技術領域，具體為一種水平力下鉆井船插樁對鄰近群樁影響的數值分析方法。

背景技術

自升式鉆井船在鉆井過程中，往往要在導管架固定平臺樁基礎附近，將大直徑的鉆井船樁靴基礎貫入海底泥面以下一定深度，以提供鉆井船作業時需要的承載力。這種大尺寸樁靴在貫入土層時，不可避免對鄰近平臺的樁基穩定性產生不利影響，甚至危害平臺的安全。因此，有必要對鉆井船樁靴貫入對鄰近平臺樁基產生的影響進行分析評價。

評價鉆井船樁靴貫入對鄰近平臺樁基影響的實質是能夠客觀分析插樁擠土導致的樁身位移與相應的彎矩。然而迄今為止，國內外關于鉆井船插樁對鄰近平臺樁基影響的研究較少，已有的一些研究主要集中在模型試驗，由于1g條件下的模型試驗，有一定局限性，而離心模型試驗的復雜性和過高的試驗成本，故已有的這些試驗研究只能模擬較為簡單土層中的插樁對鄰近樁的影響程度。

近年來，隨著計算機硬件設施不斷提高和有限元分析方法不斷完善，為利用數值模擬方法解決鉆井船插樁對鄰近樁影響的問題提供了可能。但是通過常規有限元計算，分析插樁導致的鄰近樁樁身應力、應變及位移的分布，可以避免樁靴貫入土體導致的非線性大變形引起的計算網格畸變，但無法模擬插樁的整個連續過程中不斷累積的擠土效應對鄰近樁的影響，計算結果與實際相比有很大差異。因此，采用非常規有限元數值模擬方法解決鉆井船插樁對鄰近樁影響問題是十分必要的。

目前，在解決非線性大變形問題的數值模擬方法有耦合歐拉-拉格朗日方法(CEL方法)、任意拉格朗日-歐拉方法(ALE方法)與網格重劃分法。采用ALE方法分析插樁對鄰近平臺樁基的影響，但分析得到的位移明顯大于離心模型試驗結果，有關研究表明采用CEL方法對軟黏土場地上鉆井船插樁對樁頭固定條件下鄰近樁的影響離心模型試驗進行數值仿真模擬，得到了與離心模型試驗較為一致的彎矩分析結果。因此采用CEL有限元方法模擬水平力作用下鉆井船插樁對鄰近的群樁影響，具有十分重要的工程意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水平力下鉆井船插樁對鄰近群樁影響的數值分析方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種水平力下鉆井船插樁對鄰近群樁影響的數值分析方法，包括以下幾個步驟：

S1、依據工程地質，建立符合實際的數值分析模型；

S2、在群樁樁頭施加固定的水平荷載，然后模擬插樁過程，輸出插樁前后樁體和土體的水平位移云圖及樁體的水平位移曲線；

S3、根據樁體參數及API規范，建立對應的非線性地基梁模型；

S4、把S2得到的樁身位移輸入到非線性地基梁模型中，輸出插樁前后彎矩沿樁身的分布曲線；

S5、對比插樁前后的模擬結果，對水平力作用下鉆井船插樁對鄰近群樁影響程度進行評價。

作為本發明一種優選的技術方案，步驟S1中，所述依據工程地質，建立符合實際的數值分析模型，具體包括以下幾個步驟：