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海洋平台桩基的打桩分析

作　者: 黄建川
导　师: 李飒
学　校: 天津大学
专　业: 岩土工程
关键词: 钢管桩土阻力有限单元法 PLAXIS 波动方程法 GRLWEAP
分类号: TU753.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

海洋平台的桩基多数为大直径超长的钢管桩,再加之海上打桩施工的环境恶劣,导致沉桩难度较大,因此在施工之前对桩的可打入性进行准确预测是桩基设计的必要环节。实际工程中常采用波动方程分析法进行桩的可打入性分析,但预测结果与实际的打桩记录往往存在一定的偏差,其原因主要在于打桩过程中的土阻力难以准确的确定。为了解决这一问题,本文选用有限单元法和波动方程分析法对打桩过程进行了研究。首先,简述了动力有限元的基本理论,利用有限单元法模拟了在砂土层和粘土层中的打桩过程,分析了锤击力和土性参数(弹性模量、泊松比、摩擦角和粘聚力)对打桩的影响;研究了连续打桩时桩周土体的位移场、应力场以及超孔隙水压力的变化;讨论了砂土中土的固结过程对打桩的影响;还对打桩造成粘土强度降低的机理和影响因素进行了分析。其次,阐述了波动方程分析法的基本原理及其数值求解方法,并在简要介绍波动方程分析软件GRLWEAP的基础上,对应用GRLWEAP进行打桩分析时主要参数的选取方法进行了总结。最后搜集了渤海海域海洋石油开发工程中的36根钢管桩的打桩记录,以这些实际工程资料为依据进行分析,总结了不同土层中土阻力的变化特点。根据实际的打桩记录,利用波动方程反分析法确定了打桩时粘土层和砂土层中的土阻力,并与用现有方法计算得到的土阻力进行了对比,最终对打桩过程中土阻力的确定方法进行了改进,并以工程实例对该方法进行了验证。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-16
  1.1 引言  7-8
  1.2 打桩机理分析及打桩对周围土体的影响  8-9
    1.2.1 打桩机理分析  8
    1.2.2 打桩对桩周土体的影响  8-9
  1.3 打桩研究现状  9-15
    1.3.1 试验研究  9-11
    1.3.2 理论研究  11-15
  1.4 本文的主要工作  15-16
第二章打桩过程的有限元分析  16-51
  2.1 动力有限元的基本理论  16-19
    2.1.1 动力特性的基本方程  16-17
    2.1.2 动力方程的求解方法  17-18
    2.1.3 动力问题的边界条件  18-19
  2.2 打桩过程的有限元模拟  19-21
    2.2.1 有限元软件Plaxis 的简介  19
    2.2.2 有限元模型的建立  19-21
  2.3 砂土计算结果分析  21-39
    2.3.1 不同锤击力对打桩的影响  21-24
    2.3.2 不同土性参数对打桩的影响  24-30
    2.3.3 连续打桩时的土体响应  30-36
    2.3.4 固结过程对打桩的影响  36-39
  2.4 粘土计算结果分析  39-50
    2.4.1 不同锤击力对打桩的影响  39-42
    2.4.2 连续打桩时的土体响应  42-48
    2.4.3 打桩时土体强度的变化  48-50
  2.5 本章小结  50-51
第三章波动方程分析法的理论基础  51-58
  3.1 波动方程理论  51-55
    3.1.1 打桩的力学模型  51-54
    3.1.2 波动方程的数值解法  54-55
  3.2 打桩分析软件GRLWEAP 简介  55-56
  3.3 主要参数的确定  56-57
    3.3.1 土体的最大弹性变形q  56
    3.3.2 阻尼系数J  56-57
  3.4 本章小结  57-58
第四章连续打桩过程中土阻力的确定方法研究  58-67
  4.1 打桩过程中土阻力的静力计算方法  58-59
  4.2 由打桩记录得到土阻力的反分析方法  59-60
  4.3 打桩过程中土阻力变化的特点  60-64
    4.3.1 砂土层土阻力变化的特点  62
    4.3.2 粘土层土阻力变化的特点  62-64
  4.4 工程实例验证  64-66
    4.4.1 工程概况  64-65
    4.4.2 可打入性分析  65-66
  4.5 本章小结  66-67
第五章结论及展望  67-69
  5.1 本文的主要结论  67
  5.2 进一步研究的展望  67-69
参考文献  69-73
发表论文和参加科研情况说明  73-74
致谢  74

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