土木工程-開題報告課件

海洋樁靴基礎在隨機變異粘土中的三維數(shù)值模擬開題報告海洋樁靴基礎在隨機變異粘土中的三維數(shù)值模擬開題報告1主要內容進度安排4為完成課題已具備和所需的條件

5研究過程中可能遇到的困難以及解決措施

課題來源及研究目的和意義1國內外研究現(xiàn)狀及分析2主要研究內容和方案361主要內容進度安排4為完成課題已具備和所需的條件5研究過程中2主要內容進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到的困難以及解決措施

課題來源及研究目的和意義1國內外研究現(xiàn)狀及分析2主要研究內容和方案362主要內容進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中3課題來源及研究目的和意義海洋石油鉆井平臺目前我國三大石油集團正在使用的自升式鉆井平臺大約30艘左右，并且采用獨立樁靴基礎的海上自升式鉆井平臺為數(shù)較多，而其中超過70%的平臺是由3個或4個獨立樁靴基礎支撐于海床土中。由此可見，海上鉆井平臺在我國海上油田的勘探開發(fā)中占有極其重要的地位。

3國內海洋石油鉆井平臺課題來源及研究目的和意義海洋石油鉆井平臺3國內海洋石油鉆井平4公司名稱鉆井平臺名稱樁腿類型最大作業(yè)水深(m)制造年份備注中國石油集團海洋工程有限公司中海油9號4根圓柱形樁腿762008進口中海油10號4根圓柱形樁腿762009進口中海油1號4根圓柱形樁腿251998國產(chǎn)中國石化集團勘探2號3根桁架形樁腿帶樁靴901976進口勝利5號4根圓柱形樁腿帶樁靴251981進口勝利6號4根圓柱形樁腿帶樁靴301982進口勝利7號3根圓柱形樁腿帶樁靴301982進口勝利8號3根圓柱形樁腿帶樁靴201981進口勝利9號3根圓柱形樁腿帶樁靴301978進口中國海洋石油總公司渤海4號3根桁架形樁腿帶樁靴901977進口渤海5號4根圓柱形樁腿401983國產(chǎn)渤海7號4根圓柱形樁腿帶樁靴401983國產(chǎn)渤海8號3根圓柱形樁腿帶樁靴751980國產(chǎn)渤海9號4根圓柱形樁腿401984進口渤海10號3根桁架形樁腿帶樁靴751980進口渤海12號3根桁架形樁腿帶樁靴551978進口南海1號3根桁架形樁腿帶樁靴901976進口南海4號3根桁架形樁腿帶樁靴901978進口中國海洋9313根桁架形樁腿帶樁靴971976進口中國海洋9353根桁架形樁腿帶樁靴902006進口中國海洋9413根桁架形樁腿帶樁靴1222006國產(chǎn)中國海洋9423根桁架形樁腿帶樁靴1222008國產(chǎn)我國自升式鉆井平臺數(shù)量統(tǒng)計（2010截至）公司名稱鉆井平臺名稱樁腿類型最大作業(yè)水深(m)制造年份備注中5課題來源及研究目的和意義4鉆井平臺和樁靴基礎簡圖樁靴樁腿海平面海床海床HWv課題來源及研究目的和意義4鉆井平臺和樁靴基礎簡圖樁靴樁腿海平6課題來源及研究目的和意義MSI工程公司關于海洋鉆井平臺事故的調查結果顯示，自升式鉆井平臺可能發(fā)生的事故種類繁多，但由于樁靴基礎承載力不足而發(fā)生的事故所占比例在半數(shù)以上。

3海洋鉆井平臺事故統(tǒng)計分析MSI,Guidelinesforjack-uprigswithparticularreferencetofoundationintegrity,MSIEngineeringLimitedfortheHealthandSafetyExecutive,ResearchReport,2004,289課題來源及研究目的和意義MSI工程公司關于海洋鉆井平臺事故的7課題來源及研究目的和意義樁靴基礎失效的幾種主要形式：預壓過程發(fā)生基礎穿刺現(xiàn)象，多發(fā)生在上硬下軟土層；

風暴荷載產(chǎn)生的基礎下降過大；

沖刷作用減小樁腳承載面積導致失穩(wěn)；

地震等引起的海底泥沙運動對樁靴基礎沖擊造成失穩(wěn)；

3課題來源及研究目的和意義樁靴基礎失效的幾種主要形式：38課題來源及研究目的和意義4海洋鉆井平臺倒塌災難樁靴基礎失效導致平臺傾覆樁靴基礎失效造成樁腿屈曲課題來源及研究目的和意義4海洋鉆井平臺倒塌災難樁靴基礎失效導9海洋工程地質的復雜性海底的地形、地貌通常被海水浸沒，不能直接觀察，給客觀認識帶來了困難；海底工程地質取樣不同于陸地，從海底取出的土樣離開海底后，所處的環(huán)境溫度、壓力等條件已經(jīng)與海底完全不同，不能反映真實的海底土的物理狀態(tài)；海底地形和沉積物不穩(wěn)定。在海浪、潮汐等各種因素作用下，海底地形和沉積物不斷演化，更加不穩(wěn)定。3海洋工程地質的復雜性31017空間變異土介紹Y-Z平面(kPa)木桶理論空間變異粘土17空間變異土介紹Y-Z平面(kPa)木桶理論空間變異粘土11研究意義23海底地質復雜，自升式鉆井平臺事故發(fā)生事故較多是樁靴基礎承載力不足而引起的失效破壞。工程中海底土的現(xiàn)場試驗和離心機試驗等成本很高而且數(shù)據(jù)結果有限，現(xiàn)行研究大多通過考慮土體參數(shù)的空間變異性模擬可能出現(xiàn)的各種復雜工況。國內對于海洋鉆井平臺樁靴基礎的工作性能及承載力的研究相對較少，還在起步階段，主要還是均質土或者分層土的數(shù)值模擬研究和理論分析。國內考慮土體變異性可靠度分析主要限于邊坡穩(wěn)定分析，《水利邊坡規(guī)范》建議對1級邊坡進行可靠度分析，可靠度方法是巖土工程分析發(fā)展的一種趨勢。研究意義23海底地質復雜，自升式鉆井平臺事故發(fā)生事故較多是樁12研究目的23利用可靠度分析方法給出指導工程實踐的樁靴在空間變異土質條件下承載力可靠指標。采用隨機場理論和有限元方法相結合來探討空間變異土體和荷載的變異性是如何影響樁靴基礎承載力及其失效機理。改善在過去的設計規(guī)范中對于樁靴基礎承載力計算的保守和模糊性。研究目的23利用可靠度分析方法給出指導工程實踐的樁靴在空間變13主要內容進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到的困難以及解決措施

課題來源及研究目的和意義1國內外研究現(xiàn)狀及分析2主要研究內容和方案367主要內容進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中14本課題的國外研究現(xiàn)狀及分析9英國牛津大學Martin等通過多年對于粘土地基離心機實驗和理論分析總結，提出用于樁靴基礎的地基失效模型，地基土在水平力、豎向力和力矩荷載組合作用下屈服面為橄欖球形。Templeton等用有限元方法對樁靴基礎的彎矩和水平承載力進行分析，并且提出了彎矩和水平承載力的相關公式。Cassidy(2013)等發(fā)現(xiàn)單獨豎向力、水平力和力矩荷載分別作用下，地基極限承載力隨土的不排水抗剪強度變異性增大而減少。不考慮土壤的各向異性的特點時，樁靴基礎承載力可能會被嚴重高估(Grif?thsandFenton2001)。Grif?ths(2002)等觀察發(fā)現(xiàn)在隨機土中基礎承載力均值相對于均質土承載能力降低了約20–30%左右。本課題的國外研究現(xiàn)狀及分析915本課題的國內研究現(xiàn)狀及分析9國內考慮土體參數(shù)變異性研究大部分在邊坡:陳曉平等根據(jù)靜力觸探成果估計抗剪強度的自相關距離，評價自相關距離對土坡穩(wěn)定影響。朱紅霞等以天津港現(xiàn)場勘察資料為基礎，建立了地基土剖面的隨機場模型，并將其應用于港口邊坡穩(wěn)定的可靠度分析。天津大學張浦陽等（2008）引入流固耦合理論建立了飽和粘土條件下地基土-樁靴系統(tǒng)有限元模型，給出上硬下軟粘土中樁靴承載力系數(shù)計算方法。付麗娜（2008）通過改變不同樁靴尺寸、貫入深度等參數(shù)，對多種條件貫入和上拔過程進行數(shù)值模擬，對了解樁靴一般受力性能具有一定參考價值。本課題的國內研究現(xiàn)狀及分析9國內考慮土體參數(shù)變異性研究大部分16國內外研究現(xiàn)狀簡析9國內外研究現(xiàn)狀簡析917進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到的困難以及解決措施

課題來源及研究目的和意義1國內外研究現(xiàn)狀及分析2主要研究內容和方案36主要內容11進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到18主要研究內容和方案17將隨機場導入相應三維有限元模型后，提交運算利用Python腳本語言編程，輸入命令流建立ABAQUS有限元模型，驗證均質土分析結果可靠性利用蒙特卡洛模擬方法，以土體不排水剪切強度為變量生成三維空間隨機場利用Matlab、Photoshop等軟件工具對計算結果進行分析和后處理將分析得到的數(shù)據(jù)圖表進行整理并與已有文獻對比改變位移加載方式，probe試驗獲得樁靴V-H-M承載力包絡面主要研究內容和方案17將隨機場導入相應三維有限元模型后，提交1917ABAQUS有限元模型17ABAQUS有限元模型2017有限元分析結果文獻的結果樁靴基礎周圍土壤回流機理對比17有限元分析結果文獻的結果樁靴基礎周圍土壤回流機理對比2117豎向承載力系數(shù)隨埋深變化17豎向承載力系數(shù)隨埋深變化2217土體不排水剪切強度隨機場分布（截面）X-Z平面Y-Z平面(kPa)17土體不排水剪切強度隨機場分布（截面）X-Z平面Y-Z2317均值=13.05標準差=1.63變異系數(shù)=0.128最大值:17.85承載力-位移曲線17均值=13.05最大值:承載力-位移曲線2417

樁靴基礎的承載力包絡面承載力包絡面VHM“Probe”方法位移加載17樁靴基礎的承載力包絡面承載力包絡面VHM“Probe”方25進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到的困難以及解決措施

課題來源及研究目的和意義1國內外研究現(xiàn)狀及分析2主要研究內容和方案36主要內容19進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到26進度安排21進度安排2127進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到的困難以及解決措施

課題來源及研究目的和意義1本課題的國內外研究現(xiàn)狀及分析2主要研究內容和方案36主要內容22進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到28預期達到的目標和取得的研究成果23通過隨機場理論和有限元方法相結合的方法分析空間變異土體和荷載的變異性影響樁靴基礎承載力及其失效機理的一般規(guī)律。運用恒定位移比“probe”試驗獲得樁靴基礎在隨機變異粘土中豎向（V）、水平（H）、力矩（M）方向承載力的三維屈服包絡面。最后根據(jù)不同大小的承載力包絡面，分析得到相應的樁靴基礎承載力的失效概率，進而根據(jù)不同的失效概率計算樁靴基礎承載力的可靠指標或者安全系數(shù)。預期達到的目標和取得的研究成果23通過隨機場理論和有限元方法29進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到的困難以及解決措施

課題來源及研究目的和意義1本課題的國內外研究現(xiàn)狀及分析2主要研究內容和方案36主要內容24進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到30可能遇到的困難以及解決措施

25可能遇到的困難以及解決措施2531謝謝大家懇請各位老師和同學批評指正！謝謝大家懇請各位老師和同學批評指正！32海洋樁靴基礎在隨機變異粘土中的三維數(shù)值模擬開題報告海洋樁靴基礎在隨機變異粘土中的三維數(shù)值模擬開題報告33主要內容進度安排4為完成課題已具備和所需的條件

5研究過程中可能遇到的困難以及解決措施

課題來源及研究目的和意義1國內外研究現(xiàn)狀及分析2主要研究內容和方案361主要內容進度安排4為完成課題已具備和所需的條件5研究過程中34主要內容進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到的困難以及解決措施

課題來源及研究目的和意義1國內外研究現(xiàn)狀及分析2主要研究內容和方案362主要內容進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中35課題來源及研究目的和意義海洋石油鉆井平臺目前我國三大石油集團正在使用的自升式鉆井平臺大約30艘左右，并且采用獨立樁靴基礎的海上自升式鉆井平臺為數(shù)較多，而其中超過70%的平臺是由3個或4個獨立樁靴基礎支撐于海床土中。由此可見，海上鉆井平臺在我國海上油田的勘探開發(fā)中占有極其重要的地位。

3國內海洋石油鉆井平臺課題來源及研究目的和意義海洋石油鉆井平臺3國內海洋石油鉆井平36公司名稱鉆井平臺名稱樁腿類型最大作業(yè)水深(m)制造年份備注中國石油集團海洋工程有限公司中海油9號4根圓柱形樁腿762008進口中海油10號4根圓柱形樁腿762009進口中海油1號4根圓柱形樁腿251998國產(chǎn)中國石化集團勘探2號3根桁架形樁腿帶樁靴901976進口勝利5號4根圓柱形樁腿帶樁靴251981進口勝利6號4根圓柱形樁腿帶樁靴301982進口勝利7號3根圓柱形樁腿帶樁靴301982進口勝利8號3根圓柱形樁腿帶樁靴201981進口勝利9號3根圓柱形樁腿帶樁靴301978進口中國海洋石油總公司渤海4號3根桁架形樁腿帶樁靴901977進口渤海5號4根圓柱形樁腿401983國產(chǎn)渤海7號4根圓柱形樁腿帶樁靴401983國產(chǎn)渤海8號3根圓柱形樁腿帶樁靴751980國產(chǎn)渤海9號4根圓柱形樁腿401984進口渤海10號3根桁架形樁腿帶樁靴751980進口渤海12號3根桁架形樁腿帶樁靴551978進口南海1號3根桁架形樁腿帶樁靴901976進口南海4號3根桁架形樁腿帶樁靴901978進口中國海洋9313根桁架形樁腿帶樁靴971976進口中國海洋9353根桁架形樁腿帶樁靴902006進口中國海洋9413根桁架形樁腿帶樁靴1222006國產(chǎn)中國海洋9423根桁架形樁腿帶樁靴1222008國產(chǎn)我國自升式鉆井平臺數(shù)量統(tǒng)計（2010截至）公司名稱鉆井平臺名稱樁腿類型最大作業(yè)水深(m)制造年份備注中37課題來源及研究目的和意義4鉆井平臺和樁靴基礎簡圖樁靴樁腿海平面海床海床HWv課題來源及研究目的和意義4鉆井平臺和樁靴基礎簡圖樁靴樁腿海平38課題來源及研究目的和意義MSI工程公司關于海洋鉆井平臺事故的調查結果顯示，自升式鉆井平臺可能發(fā)生的事故種類繁多，但由于樁靴基礎承載力不足而發(fā)生的事故所占比例在半數(shù)以上。

3海洋鉆井平臺事故統(tǒng)計分析MSI,Guidelinesforjack-uprigswithparticularreferencetofoundationintegrity,MSIEngineeringLimitedfortheHealthandSafetyExecutive,ResearchReport,2004,289課題來源及研究目的和意義MSI工程公司關于海洋鉆井平臺事故的39課題來源及研究目的和意義樁靴基礎失效的幾種主要形式：預壓過程發(fā)生基礎穿刺現(xiàn)象，多發(fā)生在上硬下軟土層；

風暴荷載產(chǎn)生的基礎下降過大；

沖刷作用減小樁腳承載面積導致失穩(wěn)；

地震等引起的海底泥沙運動對樁靴基礎沖擊造成失穩(wěn)；

3課題來源及研究目的和意義樁靴基礎失效的幾種主要形式：340課題來源及研究目的和意義4海洋鉆井平臺倒塌災難樁靴基礎失效導致平臺傾覆樁靴基礎失效造成樁腿屈曲課題來源及研究目的和意義4海洋鉆井平臺倒塌災難樁靴基礎失效導41海洋工程地質的復雜性海底的地形、地貌通常被海水浸沒，不能直接觀察，給客觀認識帶來了困難；海底工程地質取樣不同于陸地，從海底取出的土樣離開海底后，所處的環(huán)境溫度、壓力等條件已經(jīng)與海底完全不同，不能反映真實的海底土的物理狀態(tài)；海底地形和沉積物不穩(wěn)定。在海浪、潮汐等各種因素作用下，海底地形和沉積物不斷演化，更加不穩(wěn)定。3海洋工程地質的復雜性34217空間變異土介紹Y-Z平面(kPa)木桶理論空間變異粘土17空間變異土介紹Y-Z平面(kPa)木桶理論空間變異粘土43研究意義23海底地質復雜，自升式鉆井平臺事故發(fā)生事故較多是樁靴基礎承載力不足而引起的失效破壞。工程中海底土的現(xiàn)場試驗和離心機試驗等成本很高而且數(shù)據(jù)結果有限，現(xiàn)行研究大多通過考慮土體參數(shù)的空間變異性模擬可能出現(xiàn)的各種復雜工況。國內對于海洋鉆井平臺樁靴基礎的工作性能及承載力的研究相對較少，還在起步階段，主要還是均質土或者分層土的數(shù)值模擬研究和理論分析。國內考慮土體變異性可靠度分析主要限于邊坡穩(wěn)定分析，《水利邊坡規(guī)范》建議對1級邊坡進行可靠度分析，可靠度方法是巖土工程分析發(fā)展的一種趨勢。研究意義23海底地質復雜，自升式鉆井平臺事故發(fā)生事故較多是樁44研究目的23利用可靠度分析方法給出指導工程實踐的樁靴在空間變異土質條件下承載力可靠指標。采用隨機場理論和有限元方法相結合來探討空間變異土體和荷載的變異性是如何影響樁靴基礎承載力及其失效機理。改善在過去的設計規(guī)范中對于樁靴基礎承載力計算的保守和模糊性。研究目的23利用可靠度分析方法給出指導工程實踐的樁靴在空間變45主要內容進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到的困難以及解決措施

課題來源及研究目的和意義1國內外研究現(xiàn)狀及分析2主要研究內容和方案367主要內容進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中46本課題的國外研究現(xiàn)狀及分析9英國牛津大學Martin等通過多年對于粘土地基離心機實驗和理論分析總結，提出用于樁靴基礎的地基失效模型，地基土在水平力、豎向力和力矩荷載組合作用下屈服面為橄欖球形。Templeton等用有限元方法對樁靴基礎的彎矩和水平承載力進行分析，并且提出了彎矩和水平承載力的相關公式。Cassidy(2013)等發(fā)現(xiàn)單獨豎向力、水平力和力矩荷載分別作用下，地基極限承載力隨土的不排水抗剪強度變異性增大而減少。不考慮土壤的各向異性的特點時，樁靴基礎承載力可能會被嚴重高估(Grif?thsandFenton2001)。Grif?ths(2002)等觀察發(fā)現(xiàn)在隨機土中基礎承載力均值相對于均質土承載能力降低了約20–30%左右。本課題的國外研究現(xiàn)狀及分析947本課題的國內研究現(xiàn)狀及分析9國內考慮土體參數(shù)變異性研究大部分在邊坡:陳曉平等根據(jù)靜力觸探成果估計抗剪強度的自相關距離，評價自相關距離對土坡穩(wěn)定影響。朱紅霞等以天津港現(xiàn)場勘察資料為基礎，建立了地基土剖面的隨機場模型，并將其應用于港口邊坡穩(wěn)定的可靠度分析。天津大學張浦陽等（2008）引入流固耦合理論建立了飽和粘土條件下地基土-樁靴系統(tǒng)有限元模型，給出上硬下軟粘土中樁靴承載力系數(shù)計算方法。付麗娜（2008）通過改變不同樁靴尺寸、貫入深度等參數(shù)，對多種條件貫入和上拔過程進行數(shù)值模擬，對了解樁靴一般受力性能具有一定參考價值。本課題的國內研究現(xiàn)狀及分析9國內考慮土體參數(shù)變異性研究大部分48國內外研究現(xiàn)狀簡析9國內外研究現(xiàn)狀簡析949進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到的困難以及解決措施

課題來源及研究目的和意義1國內外研究現(xiàn)狀及分析2主要研究內容和方案36主要內容11進度安排4預期達到的目標和取得的研究成果5研究過程中可能遇到50主要研究內容和方案17將隨機場導入相應三維有限元模型后，提交運算利用Python腳本語言編程，輸入命令流建立ABAQUS有限元模型，驗證均質土分析結果可靠性利用蒙特卡洛模擬方法，以土體不排水剪切強度為變量生成三維空間隨機場利用Matlab、Photoshop等軟件工具對計算結果進行分析和后處理將分析得到的數(shù)據(jù)圖表進行整理并與已有文獻對比改變位移加載方式，probe試驗獲得樁靴V-H-M承載力包絡面主要研究內容和方案17將隨機場導入相應三維有限元模型后，提交5117ABAQUS有限元模型17ABAQUS有限元模型5217有限元分析結果文獻的結果樁靴基礎周圍土壤回流機理對比17有限元分析結果文獻的結果樁靴基礎周圍土壤回流機理對比5317豎向承載力系數(shù)隨埋深變化17豎向承載力系