[发明专利]一种水平力下插桩对邻近群桩相互作用影响的评估方法

说明书

本发明公开了一种水平力下插桩对邻近群桩相互作用影响的评估方法，步骤为：依据工程地质参数及桩靴与邻近群桩位置，建立三维弹塑性CEL群桩模型；根据桩身参数及桩头约束条件，通过API规范结合非线性地基梁模型确定承台施加的最大水平力；确定群桩组在最大水平力作用下各桩在插桩过程中的桩头反力和桩头位移；根据群桩组中各桩与桩靴的相对位置建立对应的三维弹塑性CEL单桩模型；通过幅值曲线把提取的桩头反力施加到对应的CEL单桩模型桩头，确定出各单桩在插桩过程中的桩头位移；确定插桩过程中群桩相互作用引起的附加位移及相互作用系数，对水平力作用下钻井船插桩对邻近群桩相互作用影响程度进行评估。

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，特别是涉及海上石油开发过程中的一种水平力下插桩对邻近群桩相互作用影响的评估方法。

背景技术

自升式钻井船是一种具有平台功能的工程船，因为较大的承载能力、良好的稳定性以及灵活的移动能力等优点广泛应用于海洋石油开发。钻井船常常需要在已建成的导管架平台附近作业，在钻井船安装就位的过程中，需要贯入大直径的桩靴以作为基础固定平台，在插桩过程中，若距离已有平台很近，将对邻近桩基产生较大影响。现有研究表明，在水平荷载作用下，当群桩中相邻两桩的桩间距小于临界桩间距时，各单桩将通过桩间土的相互作用产生群桩效应，所以在国内外相关研究基础上，研究钻井船插桩过程对邻近群桩相互作用影响，具有重要意义。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的技术问题而提供一种水平力下插桩对邻近群桩相互作用影响的评估方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水平力下插桩对邻近群桩相互作用影响的评估方法，包括以下步骤：

1）依据工程地质参数及桩靴与邻近群桩位置，建立三维弹塑性CEL群桩模型；

2）根据桩身参数及桩头约束条件，通过API规范结合非线性地基梁模型确定承台施加的最大水平力；

3）确定群桩组在最大水平力作用下各桩在插桩过程中的桩头反力和桩头位移；

4）根据群桩组中各桩与桩靴的相对位置建立对应的三维弹塑性CEL单桩模型；

5）通过幅值曲线把步骤3）中提取的桩头反力施加到对应的CEL单桩模型桩头，确定出各单桩在插桩过程中的桩头位移；

6）确定插桩过程中群桩相互作用引起的附加位移及相互作用系数，对水平力作用下钻井船插桩对邻近群桩相互作用影响程度进行评估。

进一步地，步骤1）中，所述依据工程地质参数及桩靴与邻近群桩位置，建立三维弹塑性CEL群桩模型，具体包括：根据土体参数、假定的桩基参数、桩靴参数、桩靴与桩基相对位置，建立桩靴一土体一桩基相互作用的三维弹塑性有限元模型。

进一步地，步骤2）中，所述根据桩身材料及桩头约束条件，通过API规范结合非线性地基梁模型确定承台施加的最大水平力，具体包括：

①根据桩径及桩身材料屈服强度，通过材料力学理论确定出桩身极限弯矩；

②利用ABAQUS有限元软件根据所采用桩的参数及桩头约束条件建立非线性地基梁模型；

③在模型的桩身上沿深度方向每隔一设定距离加设一弹簧，土弹簧节点的参数根据 API 规范建议的的p-y曲线确定；

④在非线性地基梁顶部反复施加水平荷载，来获取模型桩身在相应水平荷载作用下的最大弯矩，直至在非线性地基梁模型顶部施加的水平荷载使模型桩身的最大弯矩与所采用桩的极限弯矩相等，确定该水平荷载为所采用桩单桩桩头可承受的极限水平荷载；

⑤将所采用桩单桩桩头可承受的极限水平荷载除以一个安全系数即为单桩桩头施加水平荷载的最大允许值；