现役自升式平台存在桩土连接刚度低、刺穿和滑移事故率高、拔桩阻力大等问题,无法满足钻井作业深水化趋势及工作安全性要求。为此,提出“复合仿生”理念,基于螺壳独特的膨胀层特性和蛋壳优异的流线型结构,开展自升式平台仿生桩靴设计与作业评估,具体研究内容如下:(1)以螺壳表面螺旋部、缝合线以及蛋壳轮廓形状为基础,开展轮廓扫描试验,分别对两者的形状特征进行统计;通过Hypermesh软件提取特征点,利用Origin软件推导并拟合出符合要求的两种螺旋线、体螺层曲线以及蛋壳轮廓线的数学表达式;最后结合Matlab软件和皮尔逊相关系数对拟合出的曲线进行验证,保证曲线与生物原型的高度吻合。(2)通过分析现有的桩靴承载力理论公式,研究单层、多层地基的插桩阻力;接着运用孔扩张理论推导出基于SMP准则的插桩阻力,并与土工试验进行对比;然后分析国内外拔桩阻力的理论公式;最后对理论公式在实际应用和仿生桩靴中的可行性进行分析。(3)结合体螺层特点及函数,构建桩靴下半部分的螺壳形仿生模型;结合蛋壳钝端特点及蛋形函数,构建桩靴上半部分蛋形仿生模型。研究螺壳形仿生模型与蛋形仿生模型之间的复合机制,进而建立“螺壳-蛋壳”形桩靴复合仿生模型。运用仿生桩靴与土壤耦合力学行为分析方法,利用Abaqus数值分析方法,分析“螺壳-蛋壳”形仿生桩靴插桩工况下的插桩载荷与深度的定性关系。最后在后处理过程中研究插桩工况下土壤流动失效模式,并分析土壤流动失效对插桩载荷的影响机制。(4)利用Abaqus数值分析方法,在不考虑渗流-应力耦合情况下研究拔桩阻力变化,并与在渗流-应力耦合情况下的插桩阻力进行对比。其次,通过有限元方法,研究两种桩靴上下表面的孔隙压力变化;最后,研究拔桩工况下土壤流动失效模式,并分析土壤流动失效对拔桩载荷的影响机制。