考虑粘土循环弱化效应的吸力锚基础上拔承载力研究

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习近平总书记曾经指出,海洋强国战略是我国需要长期坚持的重要战略,包括了保护海洋、开发利用海洋以及管控海洋等诸多方面。由于目前的海洋资源开发工作越来越向深海进军,而深海中多采用系泊结构物,因此研究深海系泊结构物的稳定性变得越来越重要。吸力锚基础以其优异的承载性能、环境友好性以及经济性被广泛用于海洋系泊结构。由于吸力锚基础的高度相对于其它类型基础(如桩基)较小,承载力主要来源于浅层土,我国海域的浅层土多为软粘土,而软粘土更易受到动荷载影响而发生弱化效应。因此本文利用有限元分析软件ABAQUS的二次开发功能,编写了子程序,研究循环弱化影响下吸力锚基础的上拔承载力。本文主要研究成果如下:(1)构建了吸力锚基础有限元模型,说明了有限元模型中边界条件,接触设置,网格划分等;并把本文有限元模型的承载力与前人研究的承载力上下限解及研究成果进行对比,验证了本文建立的有限元模型的准确性。(2)利用Fortran语言开发了相应的用户自定义子程序,实现了循环弱化规律在ABAQUS有限元软件中的实现;并把循环弱化有限元模型的数值模拟的结果和实验结果进行对比,验证了本文建立的循环弱化模型的准确性。(3)通过有限元计算得到了吸力锚基础在组合荷载V-H下的吸力锚基础承载力,分析了组合荷载下吸力锚基础的破坏机理,并绘制了归一化的破坏包络面,给出了组合荷载下考虑吸力锚基础长径比和土体不均匀系数的破坏包络面计算方程。为之后考虑粘土循环弱化效应时吸力锚基础上拔承载力研究提供对比参考。(4)通过有限元计算得到了考虑软粘土的循环弱化效应时,海洋系泊结构物的吸力锚基础的上拔承载力,并绘制了破坏包络面;分析了循环荷载的振次,幅值以及吸力锚基础模型的长径比对吸力锚基础承载力破坏包络线的影响;分析了对于不同施荷角度以及长径比的模型,在循环弱化效应影响下对吸力锚基础的破坏机理;给出了考虑软粘土循环弱化效应时,吸力锚基础的破坏包络面计算方程。然后根据工程实际建立了一个分层土模型,考虑在循环荷载作用下土的循环弱化对不均匀粘土中吸力锚基础承载力的影响。
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