文档介绍：海上动力沉桩过程中桩周土体强度弱化
效应研究

Study on the soil strength reduction
during pile driving in offshore engineering

领域:水利工程(专业)
作者姓名:邵红杰
指导教师:刘润教授
企业导师:徐余高级工程师

天津大学建筑工程学院
二零一二年十二月
独创性声明

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摘要
随着海洋石油的开发向深海发展,以桩基为主体的导管架平台得到了广泛的
应用。由于海上施工环境复杂多变,增加了沉桩难度和事故发生率,为减少经济
损失,在沉桩前必须要对桩进行可打入性分析。可打入性分析中最为重要的环节
就是确定沉桩阻力,然而,在动力沉桩过程中,桩周土体会受到一定程度的扰动,
土体结构遭到破坏,土体强度发生弱化,使得桩侧土阻力难以确定。国内外的学
者通过一系列的试验和理论分析探讨了这一问题,由于土体强度弱化受诸多因素
的影响,目前尚未提出准确统一的计算方法。为了对沉桩过程中土体强度弱化的
程度做出定量的分析,本文采用波动方程分析法和有限元分析法对这一问题进行
了研究。
首先,论述了沉桩的基本原理,并采用一维应力波动理论和桩-土相互作用
模型对沉桩过程进行了分析。针对打桩过程中的土体强度弱化,从土体结构性和
有效应力原理两个方面进行了阐述。通过对比实测数据,发现砂性土和粘性土在
强度弱化程度上存在一定的差异,论述了常用的土体强度弱化的模拟方法。
其次,应用波动方程分析软件 GRLWEAP 对实际打桩工程进行了承载力计
算,结合实测打桩记录得到了实际打桩过程中的土阻力。利用最小二乘法将实测
值和计算值进行数值拟合,分别得到砂性土和粘性土中土体强度弱化程度的计算
公式。
最后,应用有限元软件 Plaxis 对连续打桩过程进行了数值模拟,探讨了土体
强度弱化对桩周土体的位移、应力、应变以及超孔隙水压力的影响。结果表明,
由于桩的挤土作用和超孔隙水压力的产生,桩周土体的应力及应变状态均发生了
变化,随着土体强度弱化的程度和锤击次数的增加,桩周土中超孔隙水压力、径
向应力、径向应变和竖向应变会不断增加,竖向应力则会不断减小。

关键词:动力沉桩;强度弱化;波动方程;GRLWEAP;数值模拟
ABSTRACT
With the development of offshore oil in to deep sea, the pile has been widely
used in the offshore platforms. As result of poor construction environment, pile
installation e more difficult and the accident more frequent. In order to reduce
economic loss, prediction of pile drivability is an essential link before pile
construction. However, the soil structure around the pile is destructed and the strength
reduced, it e difficult to accurately determine the soil resistance to driving.
Scholars at home and abroad through a series of