南海深水油气资源的开采是解决我国能源短缺的迫切需求,然而面临一系列深水开采的技术难题。吸力锚是深海浮式平台中最经济合理的一种新型基础型式。在瞬变荷载或周期荷载作用下吸力锚地基内土体产生被动吸力,这是吸力锚对瞬变荷载承载力的重要来源。由于渗流作用吸力随时间消散。吸力锚的承载力计算目前还只能考虑吸力足够大和完全没有吸力这两种极端情况。采用土体渗流与变形耦合的有限元法和接触面非线性模拟技术,重点研究吸力锚在瞬变或周期荷载作用下地基中被动吸力的数值计算方法,并用于分析吸力锚的承载力特性,揭示吸力锚的承载与破坏机理,开发相应的计算软件,为吸力锚的设计提供科学依据。研究中同时考虑土体因荷载循环作用产生的体变,并区分地基不同部位土体三轴拉伸与三轴压缩状态对土体强度和应变尤其是体变特性的差别和对吸力的产生和消散的影响。
吸力式基础是利用抽水产生吸力安装,拉拔时在筒内及其下部产生的被动吸力能承担动荷载的新型海洋基础。因其技术经济指标优越而在国外海洋油气开发中广泛应用。该种基础动荷载作用下被动吸力的模拟处于探索阶段。该种基础已在我国海洋开发中尝试应用,前景巨大。开展了吸力锚在砂土地基、粉土地基、粘土地基、粉土下伏砂土地基中的吸力贯入、正压拔除、常规拉拔试验,并与常规贯入情况对比。还进行了砂土地基的水平承载力试验。得到了吸力贯入过程中、停止后、及拉拔过程中筒内外土体吸力的变化过程、阻力的变化过程。研究表明(1)砂土和粉土地基中吸力贯入阻力大大低于常规贯入,而粘土地基中差别不大;(2)砂土地基中土体能提供的极限吸力大于按均质假设的计算值,增大值可按超过20%考虑;(3)拉拔时土塞随筒体一起上升,土塞的水下自重能提供抗拔承载力;(4)粘土地基中吸力锚端部有反向承载力,而且这一承载力施工完成时即具有;(5)砂土和粉土地基中筒底部的被动吸力也可以承担周期动荷载。 发展了吸力锚的贯入、拔除分析和承载力分析方法。发展了有限元程序,并在工程中得到应用。