基于CFD-DEM流固耦合方法的吸力锚基础负压沉贯数值模拟

吸力锚基础作为一种新型高效的海洋结构物基础形式在海洋工程中得到了广泛应用。对于砂土中的吸力锚沉贯研究,传统试验或有限元数值模拟存在一定局限性。采用基于离散单元法与计算流体动力学理论(CFD-DEM)流固耦合方法对吸力锚在砂土中的吸力贯入过程进行数值模拟分析;通过与室内物理模型试验、沉贯阻力理论解析计算结果进行对比分析,验证CFD-DEM流固耦合方法的有效性和准确性。进一步地,从土颗粒细观尺度上深入分析吸力锚在砂土中沉贯特性。数值模拟捕捉到贯入过程中锚内土塞和砂层变化现象,发现砂层呈现出中间向上凸起的弧状分布,说明贯入产生挤土效应,其造成的土体位移和膨胀也是土塞产生的原因。同时模拟得到贯入过程中的超孔隙水压力等势线分布变化情况和锚内砂层水力梯度的变化情况,证实了砂土中吸力贯入的“安全机制”。最后将数值所得的锚外负压比变化与Houlsby和Byrne理论模型计算结果进行对比,得到锚内土体渗透系数随沉贯的变化规律。通过本研究验证,采用离散元法结合计算流体动力学理论有效地模拟和捕捉吸力锚沉贯过程中的细观土水相互作用、宏观土体变形及渗流场分布等现象,该方法可作为吸力锚沉贯特性研究的一种有效手段。

桶基负压沉贯下粉土中水力梯度的变化过程

通过5个不同材料及其大小的桶基在粉土中的负压沉贯实验测定桶基内不同深度处孔隙水压力的产生和发展,计算出桶基作用下粉土中渗流梯度的大小,揭示出负压沉贯过程中渗流梯度的变化过程,表明土体在沉贯前后性质的变化,为桶基的设计提供依据。

海上筒基平台负压沉贯阻力的数值计算研究

用有限元分析方法对筒形基础负压沉贯渗流场进行了动态模拟，提出了筒形基础负压沉贯阻力的数值计算方法；修正了计算筒形基础负压沉贯阻力的公式，并给出了有关系数的取值范围．计算结果表明了计算方法的可靠性和工程实用性．

桶形基础负压沉贯过程中的比尺效应试验研究

通过对7个不同材料及大小的模型桶基在粉土中的负压沉贯实验过程中的沉贯速度、沉贯负压、桶内表层土中产生的渗流梯度和桶内土塞率的大小的比较,揭示了比尺不同的桶基对贯入过程的影响,为桶基设计和施工提供依据。

海上平台桶形基础模型压力压贯与负压沉贯试验研究

介绍了海上平台桶形基础模型（模型桶）压力压贯和负压沉贯的试验概况，对比分析了两者贯入力的巨大差异和产生的原因，给出了模型桶压力压贯中贯入深度与压力的关系，负压沉贯中负压与贯入深度、抽吸泵流量、基土渗流量、桶内土塞隆起之间的关系。试验结果表明，负压沉贯可以大大降低以砂质粉土为基土的土抗力，为在胜利油田类似基土海域海上平台应用桶形基础提供了试验依据，为海上现场导管架桶形基础平台的安装就位施工和控制提供了经验。

海上平台桶形基础负压沉贯技术的模拟试验研究方案

对海上平台桶形基础负压沉贯技术的模拟试验研究提出了初步方案，可作为本单位此项技术启端性研究工作的参考。

桶形基础模型负压沉贯的土工技术试验研究

介绍了桶形基础模型的结构，现场原土配置的模型基土以及桶形基础模型在模型基土中的负压沉贯试验。试验中所获得的土工技术经验对海上平台桶形基础的设计和现场安装就位施工有一定的指导作用。

筒型基础负压沉贯流固耦合渗流分析模型

分析筒型基础沉贯作用的土层,利用J2流动理论各项同性硬化原理,研究海积软土颗粒本构关系,结合离散元方法计算土体体应变,并将其引入海积软土的物性参数动态计算模型。根据筒型基础沉贯特征,结合体应变以及物性参数动态模型,由有效应力原理和瞬时质量守恒原理分别确定应力和渗流方程,并给出上述模型的定解条件。建立了新的流固耦合渗流的数学模型,求解筒型基础沉贯渗流场分布。

桶形基础负压沉贯物理模型相似条件建立与比尺初拟

提出了一种确定桶形基础在负压下作准平稳均匀沉贯的物模相似条件和有关相似比尺的简便方法，由这一方法得到的相似比尺可作为比尺探讨研究的初设值，通过大小不同尺度的桶基作几次验证性试验对其进行修正，可使之适用。

桶形基础负压沉贯特性分析

介绍了桶形基础负压沉贯的室内试验、中间现场试验，应用有限元法对负压沉贯的渗流场分析：负压对桶形基础沉贯阻力的影响、对土壤特性的影响、负压大小对桶形基础沉深、沉速的影响，研究了桶形基础在海上应用的可行性。

桶形基础平台负压沉贯遥测遥控技术方案设计

桶形基础平台海上安装就位的施工方法与传统的桩基平台截然不同。本文介绍了一种桶形基础平台负压沉贯施工的遥测遥控系统方案，对现场施工机具的设计有参考作用。

海上平台桶形基础模型负压沉贯试验数据处理与分析

海上平台桶形基础是一种新型海洋石油开发技术，其特点是利用负压将桶形基础贯入海底。本文介绍了单桶模型和四桶模型平台负压沉贯试验数据处理方法，对负压作用下桶形基础的沉贯过程进行了分析，探索出桶形基础平台在现场条件下的沉贯方法。

桶基平台负压沉贯过程监测与控制技术研究

为了实现桶基平台平稳快速沉贯安装,对桶基沉贯过程中的负压、沉深、土塞高度等多参数监测及沉贯过程控制技术进行深入研究,提出3N+1全压力传感器多参数监测和沉贯过程逻辑控制技术。研制了负压沉贯过程监测控制系统,该系统具有结构简单,性能稳定,控制精度高,响应速度快等特点。对JZ9-3W桶基平台沉贯过程进行了监测控制,沉贯深度测量精度0.2%,三筒沉深平衡控制精度1%。工程实践证明该技术可以满足负压桶基平台沉贯过程测控技术要求。

吸力锚负压沉贯渗流场有限元分析

吸力锚的负压沉贯安装是其主要特征,对吸力锚承载能力的分析必须要考虑负压沉贯的影响。负压沉贯过程中,吸力锚内部和外部邻近区域土体内的孔隙水在水头差作用下,产生渗流场。由于渗流的作用,土体强度可能发生变化,研究吸力沉贯过程中的渗流现象具有重要意义。通过将有限元分析结果与其他学者的试验结果进行对比分析,指出负压安装过程中影响吸力锚内部水力梯度的因素,并分析了渗流对于土体性质的影响规律。

桶形基础采油平台负压沉贯阻力计算分析

叙述了桶形基础负压沉贯的室内试验、中间试验和现场试验。应用有限元法对负压沉贯的渗流场进行分析 ,研究负压对桶形基础沉贯阻力、土壤特性的影响 ;负压大小对桶形基础沉深、沉速的影响 ,以及桶形基础在海上应用的可行性。

单只桶基安全负压沉贯操作方法物模试验初探

提出了由物模试验方法初步选择的一种可操作的单只桶基安全负压沉贯操作程序。它可作为试验室内多桶基导管架物模试验以及海上（近）原型尺度桶基试验实施负压沉贯操作方法的试验依据。通过这些试验及其操作程序的修正和完善，可为实际桶基实施海上沉贯作业寻出一种可靠、安全的操作程序或方法。

桶形基础平台负压沉贯数据分析处理系统

介绍了桶形基础平台负压沉贯数据分析处理系统的组成及数据分析处理方法。该数据分析处理系统是为保证海上桶形基础平台现场施工能顺利沉贯到位而研制 ,可对海上平台现场施工过程进行实时监测 ,对沉贯数据进行快速分析、处理 ,并根据桶形基础平台状态对负压沉贯过程进行智能控制。

桶基平台负压沉贯施工中监测数据的处理构思

桶基平台负压沉贯必须在严格监控下进行。“863- 82 0 - 1 0 - 0 1”项目在施工中使用了 2 6个监测器 ,控制系统根据这些监测数据判断沉贯的姿态和趋势并由工控机的专家系统决策 ,以实施必要的控制。软件是监控系统的神经中枢 ,桶基平台负压沉贯施工中监测数据的处理构思是关键。

桶基平台负压沉贯过程汲水泵机的初步水力分析

对桶形基础平台负压沉贯过程中汲水泵机进行了初步水力分析 ,讨论了不同水深、不同泵机安装高度情况下 ,桶腔和泵机进口之间的压头关系。这些结果可作为实际工作中选择泵机类型及其安装高度的参考。

筒型基础负压沉贯的物性参数动态模型

分析筒型基础负压沉贯的特点,首先,由有效应力原理和瞬时质量守恒原理确定了渗流方程和应力场方程;其次,建立了新的土颗粒本构关系,利用J2流动理论及各向同性硬化原理计算土体颗粒在渗流力作用下的弹塑性变形,利用离散元法求解土体骨架的体应变;然后,在此基础上导出了筒型基础负压沉贯流固耦合的孔隙度、渗透率等动态物性参数模型;最后,利用导出的模型进行了实例计算,检验了模型的理论性.