吸力式沉箱是一种应用于海洋浮式结构物的新型基础形式。它的外形如倒扣入海底的薄壁混凝土或钢桶,依靠自重与吸力的作用贯入海床。 在最近20年吸力式沉箱受到国内外海洋工程界的广泛关注。然而对其工作机理与施工技术的研究仍落后于工程实践。现有的研究大多忽略吸力的存在,不能考虑加载速率和海床渗透率等因素对承载力的影响。 本文探讨了吸力式沉箱的工作原理,总结了其地基破坏的两种极限形式(1)快速加载地基破坏形式,(2)缓慢加载地基破坏形式。通过大型有限元软件ADINA的模拟计算,应用总应力分析和有效应力分析两种方法研究承载力、吸力以及超静孔隙水压力。总应力分析中,比较了不同长径比沉箱受拉和受压时的承载力、地基塑性区开展以及破坏模式。 有效应力分析中,应用两种不同的有限元模型,分别考虑吸力式沉箱地基破坏的两种极限形式。通过对不同长径比沉箱的模拟计算,研究了快速加载条件下吸力和承载力比值与长径比关系。考虑吸力式沉箱地基受力特点,比较了动、静力分析对承载力和超静孔隙水压力的影响。应用缓慢加载模型时,分析了加载速率对承载力和超静孔压发展的影响。通过比较缓慢加载和快速加载两种情况下的承载力,确定吸力式沉箱地基的承载力范围。 得出的结论主要有:(1)快速拉、压荷载作用下,沉箱地基呈整体剪切破坏模式,此时抗拉承载力与抗压承载力相差不大;(2)与缓慢加载条件相比,快速加载条件下沉箱基础的承载力更大;(3)快速加载条件下,吸力与承载力的比值随着沉箱长径比的增加而减小,而摩擦力在总承载力中所占比重随沉箱长径比的增大而增大。