黄河废弃水下三角洲地基土对平台插拔桩的响应

【摘要】1976年黄河改走清水沟流路后，黄河废弃的钓口流路水下三角洲遭到强烈蚀退，岸滩冲刷很快，水深加大，海岸线大幅度后退，原有沉积地貌单元遭到破坏和夷平。海底滑坡、沉陷、断裂、冲蚀沟槽、差异冲刷、粉土液化等海底不稳定因素均有发生，这些海底不稳定因素对油田开发带来了巨大挑战。海洋石油钻井平台在施工过程中，发生过桩腿刺穿、滑移甚至平台倾覆，造成了灾难性海洋工程事故。本论文依托多年积累的井场路由调查资料，研究了黄河废弃水下三角洲地基土的强度特征及分布规律。研究区近十年来整体处于冲刷状态，4-10m等深线之间的水下岸坡区平均冲刷大于2m。研究区浅部地基土主要为近期三角洲相的粉土和淤泥、淤泥质粉质粘土和早期的河湖沼泽相的粉质粘土、粉细砂及粉土。海底表层沉积物主要类型有粉土和淤泥、淤泥质粉质粘土。表层粉土，具有较高的力学强度，厚层粉土可以作为插桩式钻井平台的持力层；淤泥、淤泥质粉质粘土属于软弱土，不能满足插桩式钻井平台的要求。河湖相沉积的粉细砂、粉土，厚度一般大于10m，是插桩式钻井平台在该区理想的持力层。根据地基土破坏的一般形式和特征，分析了桩靴式钻井平台插拔桩过程中地基土的破坏形式和特征。插拔桩过程是动态贯入过程，桩端及桩靴周围地基土体受到强烈扰动，地基土破坏主要以冲剪破坏为主，土中并不出现明显的连续滑动面，该过程与土体静力学状态下土体整体破坏存在较大区别。在分析了插桩过程中土体的破坏形式基础上，根据极限平衡理论，假定破坏面的方法，推导出了均匀和双层地基土中基于被动土压力的插桩阻力计算公式。极限承载力的分析计算建立在土体整体剪切破坏模式上，给出了土体极限状态下的承载力。本文推导出的均匀土中和双层地基土中的插桩计算公式，建立在土体冲剪破坏模式上，给出了土体冲剪破坏下的插桩阻力。二者与实际插桩阻力存在一定的差距，分别给出了插桩阻力的上限和下限。插桩阻力分析计算过程中采用假设破坏面更接近于插桩过程土体的破坏模式，实例计算结果也表明该方法计算的插桩阻力较以前的极限承载力更接近于实际插桩阻力，丰富了桩靴式钻井平台插桩深度预测方法。根据插拔桩后井场的调查资料，分析了地基土经历插拔桩过程后的变化特征，探讨了桩坑内土体的强度恢复机理。地基土经历插拔桩过程后，在海底形成一定大小和深度的桩坑，在水动力作用下，桩坑逐渐被夷平。在浅地层声学记录上表现为地层反射面的中断，尚未夷平的桩坑在声纳图像上表现为近视圆形的凹坑。分析结果表明地基土经历插拔桩过程后工程性质发生了较大变化：粉土经历插拔桩过程后，桩穴内的含水量一般小于桩穴外的含水量；桩底下粉土的含水量比周边粉土的含水量小。桩穴内的粉土的压缩模量一般大于桩穴外地基土的压缩模量；软粘土的压缩模量一般小于桩坑周边地基土的压缩模量。研究认为，粉土是研究区桩靴式钻井平台的主要的持力层，具有良好的排水条件，经历插拔桩后的桩坑内的粉土强度一般大于或接近周围土的强度。软粘土由于排水条件很弱，插桩过程中受到扰动破坏，强度降低。受到扰动的地基土强度恢复过程复杂，影响因素主要有再沉积作用、自身的压缩固结、沙土液化和人工预压。需要重复插桩的井场，地基土变化由于经历了插拔桩的过程较原始地层复杂，为了提高地基土的强度，可以采取预压的方式提高地基土的承载力。近年来，随着海洋石油的开发活动加剧，研究区内平台插拔桩作业频繁，地基土受到扰动和破坏，从而使得本来就复杂的井场地层情况变得更为复杂。虽然在海洋水动力作用下，地基土强度会恢复，但由于其强度与周边土体强度存在差别，后续平台插拔桩施工作业过程中存在较大的安全隐患。进一步研究受到扰动破坏土体的工程性质变化及其对平台插桩的影响，有助于减少工程事故的发生。
【作者】徐永臣；
【导师】李广雪；吴建政；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋地质，2014，博士
【关键词】黄河三角洲；地基土特征；插桩阻力；强度恢复机理；

【参考文献】
[1]屈少青,张森林,陈皓勇,王昊.不确定需求下基于电力供应链协调的发电商回购策略[J].电力系统自动化,2011,16:71-75.
[2]朱玲.GE金融服务公司战略管理案例分析[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[3]张晓婷.血清超敏C反应蛋白在支气管哮喘急性发作期的临床应用价值[D].大连医科大学,临床医学,2012,硕士.
[4]孙锋,张顶立,陈铁林,张晓平.土体劈裂注浆过程的细观模拟研究[J].岩土工程学报,2010,03:474-480.
[5]吴立新.中国矿山信息化现状分析与数字矿山发展趋势[A].中国科学技术协会、四川省人民政府.加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策（上册）[C].中国科学技术协会、四川省人民政府:,2002:1.
[6]高英虎.面向学术搜索系统的用户需求发现模型[D].上海大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[7]李小亚.1960-2011年我国华北地区极端降水变化研究[D].西北师范大学,自然地理学,2013,硕士.
[8]杜滨.奉溪高速王家坪隧道出口段滑坡稳定性研究及治理工程方案设计[D].长安大学,地质工程（专业学位）,2013,硕士.
[9]王小琴.He原子与双原子分子HF、HCl、HBr碰撞的量子力学研究[D].四川大学,原子与分子物理,2003,硕士.
[10]金澄.空与幻：村上春树小说创作中的“幼儿文学”[D].山东大学,比较文学与世界文学,2013,硕士.
[11]王丛敏.基于数据挖掘的在信用卡客户风险管理及消费行为中的研究[D].首都经济贸易大学,统计学,2013,硕士.
[12]弓巧娟,付前刚,李贺军.竹节状纳米碳管的控制合成[J].山西大学学报(自然科学版),2010,04:560-564.
[13]顿明娇.SIMV+PSV通气模式在ICU全麻术后患者的临床应用研究[D].山东大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[14]王黎明,赵中堂,柴玉梅.并行计算中基于移动Agent的负载均衡策略[J].郑州大学学报(理学版),2004,03:5-8.
[15]WEIYINGHUI.《老友记》中话语标记语well的顺应性语用分析[D].西安外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[16]郑志东.内置竖向型钢SRC中高剪力墙受力性能有限元分析[D].重庆大学,建筑与土木工程（专业学位）,2014,硕士.
[17]李晶.电子商务拍卖网站的研究与设计实现[D].重庆大学,计算机技术,2003,硕士.
[18]颜江瑛.中国药品安全的伦理学研究[D].中南大学,生物医学工程,2013,博士.
[19]朱国美.花生种植户技术采用行为的实证研究[D].南京农业大学,农村与区域发展,2011,硕士.
[20]江希.王安忆知青小说研究[D].扬州大学,现当代文学,2011,硕士.
[21]尹琪.上海自贸区成立背景下的ABC公司战略转移研究[D].吉林大学,工商管理,2014,硕士.
[22]邢小莉.新疆药桑桑皮总黄酮的提取纯化及其抗氧化生研究[D].塔里木大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[23]李颖.李毂的思乡诗研究[D].吉林大学,亚非语言文学,2013,硕士.
[24]王广锋.独立居室供暖控制系统的设计与开发[D].东北大学,控制工程,2011,硕士.
[25]施龙.处理制药废水的MBR膜组件性能研究[D].郑州大学,环境工程,2013,硕士.
[26]何源.制冷装置通用实验台的研制[D].广东工业大学,机械工程,2004,硕士.
[27]王宏波.KJ公司员工绩效管理方案优化设计[D].河北工业大学,工商管理,2013,硕士.
[28]何英.太阳辐射监测仪在轨太阳光线仿真系统的设计[D].中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）,光学工程,2012,硕士.
[29]李宝新.发电企业内部市场体制改革与提高竞争力的探讨[D].武汉理工大学,2003.
[30]王立伟,冯瑞,夏婧竹,陈盛,吴强,杨立军,王喜章,胡征.硫掺杂碳纳米笼的制备及其氧还原性能研究[J].化学学报,2014,10:1070-1074.
[31]帕丽旦木·阿不力力木.乌鲁木齐市产业结构调整和主导产业选择研究[D].新疆师范大学,人文地理学,2013,硕士.
[32]张贤勇.粗糙集的数学基础研究与两个广义粗糙集模型的探讨[D].四川师范大学,2004.
[33]王登武,王芳,危冲.石墨烯复合材料的改性研究进展[J].中国胶粘剂,2013,09:46-50+54.
[34]杨炳君.基于32nm高性能微处理器向量控制部件的物理设计[D].西安电子科技大学,软件工程,2012,硕士.
[35]于彭伟.Maillard反应产物抗氧化性能、有害成分分析及其对猪肉保鲜效果的研究[D].南京农业大学,食品科学,2011,硕士.
[36]郑志艳.运用TARGET模式转化高中英语学困生的探索与实践[D].山东师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[37]梁媚.基于S2SH的迎新管理系统的设计与实现[D].厦门大学,软件工程,2014,硕士.
[38]徐军.农村合作金融机构贷款质量对资本充足率的影响[D].南京农业大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[39]任才杰.汽车逆向物流回收的经济分析与发展策略研究[D].湖北工业大学,企业管理,2014,硕士.
[40]刘鸿鹏.基于USRP+UHD平台的TETRA数字接收机的研究与实现[D].北京交通大学,2013.
[41]张治国.KIOSK电子售票系统的研究和开发[D].大连理工大学,机械电子工程,2004,硕士.
[42]刘志民,张雨和,左公宁.ZY-80电火花震源[J].石油地球物理勘探,1984,05:488-490.
[43]赵永亮.二氧化钛稳定的Pickering聚合机理研究[D].复旦大学,2011.
[44]欧乾忠.一类半线性椭圆方程的多解性[D].华东师范大学,应用数学,2004,硕士.
[45]南文汇.碘氧化醇合成羰基化合物的方法研究与钳形钯配合物的合成[D].西南大学,有机化学,2013,硕士.
[46]高建广.注水开采导致套管损坏机理及有限元分析研究[D].东北石油大学,安全技术与工程,2013,硕士.
[47]马晓宇.内蒙古达里诺尔风电场昆虫群落结构及多样性研究[D].内蒙古大学,生物工程,2014,硕士.
[48]李淑芬.1999—2003年我国文献编目研究论文的定量分析[J].图书馆杂志,2005,03:39-41+63.
[49]何辰飞.纳米波导管的非线性动力学分析[D].哈尔滨工业大学,一般力学与力学基础,2013,硕士.
[50]韩莎莎.医疗病历法律问题研究[D].西南政法大学,民商法（专业学位）,2012,硕士.