钻井船插、拔桩与邻近平台桩相互作用机理与分析方法研究

The effect mechanism of spudcan penetration and extraction of mobile jack-up rigs on adjacent pile foundations of jacket platforms and analyzing methods are the unsolved scientific problems in offshore geotechnical engineering field. Variations of soil displacements surrounding the spudcan and the squeezing load acting on adjcent piles and the p-δ effect due to spudcan penetration will be analyzed by numerical simulations, theoretical analyses and model tests when the spudcan is penetrated in sites with different strata in this project. Effects of spudcan penetration and extraction on bearing capacity performance of adjacent pile foundation will be clarified. Methods analyzing interactions of the spudcan penetration and the adjacent pile foundation will be developed. The effect of the spudcan penetration on the adjacent pile-group interaction and the effect of supports among pile-groups of a platform on the interaction of a spudcan penatration and the adjacent pile-group will be also researched in the project. Methods analyzing these effects will be also developed. Residual responses of adjacent piles and analysis method will still researched after spudcan extraction in the project. Expected research results will provide scientific basis and analysis method for designing platform pile foundation considering effects of spudcan penetration and extraction, promote the development of offshore geotechnical engineering theory and improve the level designing jacket platform pile foundations.

移动式钻井船插、拔桩对邻近导管架平台桩的影响机理与分析方法是海洋岩土工程领域尚未解决的科学问题。本课题采用数值仿真、理论分析与模型试验相结合的方法，分析钻井船在不同土层场地插桩时周围土体位移与作用于桩身挤土力的变化规律，插桩挤土导致的p-δ效应，阐明插、拔桩对邻近平台桩承载特性的影响机理，建立分析钻井船插桩与邻近平台桩相互作用的方法；课题还将研究钻井船插桩对邻近平台群桩相互作用的影响，平台不同群桩之间相互支撑作用对插桩与邻近平台桩相互作用的影响，并提出相应的分析方法；课题也将研究钻井船拔桩后邻近平台桩的残余响应机理与相应的分析方法。预期研究成果将为考虑钻井船插、拔桩影响时的平台桩基设计提供科学依据与分析方法，促进海洋岩土工程理论发展，提高海洋平台桩基设计水平。

揭示钻井船桩靴贯入与拔出对邻近平台桩影响机理，建立分析方法对促进海洋岩土工程发展、提高分析水平有重要意义。按课题研究计划，采用模型试验、大变形数值仿真与理论分析相结合方法，研究了桩靴贯入拔出土层对邻近单桩、群桩影响机理与分析方法，取得如下成果：. 揭示出桩靴贯入时邻近桩挤土压力变化规律。结果表明，桩靴贯入粘土、砂土时的极限挤土力比主动桩极限土抗力分别小17%与5%。给出了桩靴贯入时的p-y关系。. 阐明了桩靴贯入对邻近受荷桩p-y关系的影响。结果表明，若将p表示为随桩土相对位移的变化，且桩头水平力方向背离桩靴，p-y变化为卸载后再加载；若水平力指向桩靴，p-y变化为继续加载后再卸载。. 桩靴贯入对邻近桩水平承载力影响表现为桩头位移与桩身应力随桩靴贯入深度增加而增大。. 揭示出桩靴贯入对邻近桩竖向承载力影响机理，即桩靴贯入导致桩的侧阻减小、端阻与轴力增加并伴随竖向位移。当净间距大于桩靴直径时，可忽略桩靴贯入影响。. 阐明了桩靴贯入对邻近群桩相互作用的影响，结果表明，桩靴贯入会改变群桩相互作用系数，其变化取决于桩头荷载、约束、土性及桩靴贯入深度。. 研究发现桩靴拔出后砂土中桩的残余响应大于粘土中桩的残余响应，建议了考虑桩身残余响应的条件。. 建立了考虑桩靴贯入、平台桩支撑影响的邻近桩响应分析方法及群桩效应分析方法。. 研究表明，与非结构性粘土相比，桩靴贯入结构性粘土导致的桩身响应减小，其减小程度取决于净间距、峰值与残余强度比与桩头荷载。. 对模拟桩靴贯入对邻近桩影响的大变形数值仿真方法研究表明，CEL模型采用细网格、将模型中欧拉区深度取最终贯入深度以下0.5倍桩靴直径并选择合适的桩靴贯入速率，才能获得正确分析结果。. 课题执行中，发表26篇研究论文，培养了4名博士与8名硕士，获得两项省部级科技进步奖，完成了课题研究计划并取得成果。这些成果为理解桩靴贯入对邻近桩的影响机理、解决工程问题提供了科学依据与有效解决方案。