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桩靴作为自升式钻井平台的支撑基础,其稳定性一直备受关注,桩靴在上拔时与土之间的吸附力会阻碍桩靴的拔出。为了有效降低吸附力进而减小上拔阻力,针对饱和黏土中桩靴上拔问题,本文采用室内模型试验、理论计算和数值模拟相结合的方法,引入真空度概念探究吸附力的产生机理,研究上拔力的主要影响因素以及影响因素之间的相互关系,并据此探究减小吸附力的有效措施。主要研究内容及成果如下:
(1)通过模型试验研究了上拔速率和贯入深度对桩靴上拔特性的影响规律,探讨了吸附力的产生机理,并得到真空度、吸附力和上拔力达到峰值的上拔距离。试验结果显示,桩靴上拔过程可以分为三个阶段:瞬时上拔阶段、逐渐分离阶段和完全脱离阶段。随着上拔速率的增加,真空度、吸附力和上拔力均增加,当超过一定速率之后,增速放缓。在0.5D~1.5D范围内,随着贯入深度的增加,真空度、吸附力和上拔力均增大,吸附力与上拔力峰值的比值先增加后减小。真空是导致吸附力产生的主要原因。真空度峰值对应上拔距离为6%D~16%D,吸附力峰值对应上拔距离2%D~11%D,上拔力峰值对应上拔距离为1%D~5%D。发生峰值的先后顺序依次为上拔力、吸附力和真空度。
(2)通过与常规试验对比,探究了减小吸附力的有效措施。试验发现,减阻效果排序为外部通气>表面开孔>表面包布,其中外部通气对上拔力的减小效果大于其余措施的2倍,桩靴表面包裹透水性好的材料或者破坏桩靴底部真空度可以起到减阻效果。
(3)通过与试验数据进行对比,研究了理论计算公式的预测准确性。修正太沙基计算公式相比Skempton和海洋岩土工程手册公式由于考虑了基础埋深的影响与试验结果最贴合,长崎佐治模型适用于薄层土,结果与试验相差较大。
(4)通过建立考虑插桩产生孔穴的流固耦合模型,研究了饱和黏土中桩靴上拔特性。根据桩靴上拔对侧面水平向以及底部竖直向土体位移和超孔压的影响分析,得到土体的破坏模式和影响范围。此外针对有无孔穴对吸附力和上拔力的影响进行了计算,对实际工程具有一定参考意义。
(1)通过模型试验研究了上拔速率和贯入深度对桩靴上拔特性的影响规律,探讨了吸附力的产生机理,并得到真空度、吸附力和上拔力达到峰值的上拔距离。试验结果显示,桩靴上拔过程可以分为三个阶段:瞬时上拔阶段、逐渐分离阶段和完全脱离阶段。随着上拔速率的增加,真空度、吸附力和上拔力均增加,当超过一定速率之后,增速放缓。在0.5D~1.5D范围内,随着贯入深度的增加,真空度、吸附力和上拔力均增大,吸附力与上拔力峰值的比值先增加后减小。真空是导致吸附力产生的主要原因。真空度峰值对应上拔距离为6%D~16%D,吸附力峰值对应上拔距离2%D~11%D,上拔力峰值对应上拔距离为1%D~5%D。发生峰值的先后顺序依次为上拔力、吸附力和真空度。
(2)通过与常规试验对比,探究了减小吸附力的有效措施。试验发现,减阻效果排序为外部通气>表面开孔>表面包布,其中外部通气对上拔力的减小效果大于其余措施的2倍,桩靴表面包裹透水性好的材料或者破坏桩靴底部真空度可以起到减阻效果。
(3)通过与试验数据进行对比,研究了理论计算公式的预测准确性。修正太沙基计算公式相比Skempton和海洋岩土工程手册公式由于考虑了基础埋深的影响与试验结果最贴合,长崎佐治模型适用于薄层土,结果与试验相差较大。
(4)通过建立考虑插桩产生孔穴的流固耦合模型,研究了饱和黏土中桩靴上拔特性。根据桩靴上拔对侧面水平向以及底部竖直向土体位移和超孔压的影响分析,得到土体的破坏模式和影响范围。此外针对有无孔穴对吸附力和上拔力的影响进行了计算,对实际工程具有一定参考意义。