[发明专利]一种适用于桩靴插拔对临近桩基影响的数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种适用于桩靴插拔对临近桩基影响的数值模拟方法，该方法包括以下步骤：S1、根据实际工况，建立数值计算分析模型，包括：土体模型、桩靴基础模型、桩基础模型，所述土体模型包括欧拉区域与拉格朗日区域；S2、对所建立的模型赋材料属性；S3、对建立模型进行装配；S4、建立相对应分析步；S5、建立桩靴基础模型、桩基础模型、土体模型间的相互作用；S6、建立合理的边界条件；S7、对欧拉区域的土体进行材料属性指派以及对该土体施加地应力场；S8、对建立的所述数值计算分析模型进行网格划分并提交计算，得到桩基础模型的位移和弯矩的结果。本发明符合工程实际，方法简单明确，易于计算，所涉及参数容易确定且可靠。

技术领域

本发明属于数值模拟技术领域，具体涉及一种适用于桩靴插拔对临近桩基影响的数值模拟方法。

背景技术

近年来，国内经济的快速发展带来了大量的能源需求，且国内的陆地油气资源开发程度已经很高，陆上可开采能源越来越少，大规模的海上油气资源开发成为了发展的必然趋势。钻井船钻井过程中，需要在临近桩基平台附近将大直径桩靴贯入至海床泥面以下一定深度，为钻井船作业提供必要的承载力，这就不可避免对临近桩基产生不利影响，甚至危害平台安全。在钻井船就位时，插桩的深度往往会超过10m，尤其是在大尺寸桩靴插入时，某些桩靴的最大横截面直径可达18m，此时排开的土体量就相当可观，这些被排开的土体不可避免的会导致临近桩基承受挤压荷载和相应的弯矩以及剪力。因此，对于插桩施加于相邻桩基的影响进行定量评价就显得尤为重要了。

当今国内外对于该项研究的进展不足，并且往往局限于模型试验这一领域，现有成果虽然对实验数据进行了总结也模拟出了一些经验关系式，但受限制于实验条件也由于离心模型试验的复杂性和过高的实验成本，基于现有试验模型的研究往往只能模拟较为简单的土层中的桩靴插拔对临近桩基的影响程度，无法开展大规模的复杂化的模型试验。

近年来，随计算机硬件不断提提高和有限元分析技术不断完善，为使用数值方法来模拟桩靴插拔对临近桩基础影响提供了可能。现在常用耦合的欧拉-拉格朗日方法模拟桩靴插拔对临近桩基础的影响，计算模型示意如附图1所示，欧拉土体与拉格朗日土体分界线以上为欧拉土体，以下为拉格朗日土体。该方法计算桩基础桩身变形与桩身弯矩时依赖欧拉土体与拉格朗日土体界限的选取，不同的界限选取计算结果会相差很大，因此具有一定的局限性。

上述现有技术存在以下缺点；

1、采用离心模型试验成本过，流程复杂，难以大规模开展；

2、常规有限元计算模拟局限性高，结果不稳定。现有技术的细致描述。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于桩靴插拔对临近桩基影响的数值模拟方法，该适用于桩靴插拔对临近桩基影响的数值模拟方法能够准确评估实际工况中桩靴插拔对临近桩基的影响。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于桩靴插拔对临近桩基影响的数值模拟方法，所述方法使用ABAQUS数值分析软件中的CEL有限元法计算方法，包括以下步骤：

S1、根据实际工况，建立数值计算分析模型，包括：土体模型、桩靴基础模型、桩基础模型，所述土体模型包括欧拉区域与拉格朗日区域两部分，所述欧拉区域建模原则为：整个所述土体模型均设为所述欧拉区域，将所述欧拉区域分割成三部分，第一空穴、第二空穴和所述桩靴基础模型的插拔计算区域，所述第一空穴为所述桩靴基础模型在插拔过程中土体向上隆起变形提供空间，所述第二空穴为嵌放所述拉格朗日区域提供空间；所述拉格朗日区域建模原则为：所述拉格朗日区域与欧拉区域的所述第二空穴的大小与形状一致，用于计算所述桩靴基础模型在插拔过程中导致所述桩基础模型的位移和弯矩响应，所述欧拉区域与所述拉格朗日区域纵向界线的选取原则为：所述纵向界线至所述桩靴基础模型的相邻边缘与所述纵向界线至所述桩基础模型的相邻边缘距离相等；

S2、对所建立的所述数值计算分析模型赋材料属性；