黄河废弃水下三角洲地基土对平台插拔桩的响应-海洋地质专业论文.docx

万方数据 万方数据 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。 关键词：黄河三角洲；地基土特征；插桩阻力；强度恢复机理 Response to Platform Pile Insertion and Pullout of Yellow River Abandoned Underwater Delta Foundation Soil Abstract Since rerouting to Qingshuigou flow path in 1976, the Yellow River abandoned Diaokou flow path underwater delta is under strong erosion with fast scouring speed, enormous water depth and large stepping back of coastline, which leads to the destruction a