本发明专利技术涉及一种大桩靴自升式平台踩脚印研究试验装置及方法，其包括试验土池、支撑架、桩靴、桩腿、传感器组、三角板平台、液压加载系统和数据采集仪；所述试验土池设置在所述支撑架内，所述试验土池内设置有所述桩靴，所述桩靴顶部与所述桩腿一端连接，所述桩腿另一端连接在所述三角板平台底部；所述三角板平台顶部与所述液压加载系统的输出端连接，且所述传感器组设置在所述液压加载系统的输出端，将检测到的信号传输至所述数据采集仪。本发明专利技术通过采集的数据进行相应计算分析，得到平台滑移规律，提出大桩靴“踩脚印”风险控制方案。
【技术实现步骤摘要】
一种大桩靴自升式平台踩脚印研究试验装置及方法
本专利技术涉及一种自升式海洋平台试验装置及方法，特别是关于一种大桩靴自升式平台踩脚印研究试验装置及方法。
技术介绍
自升式海洋平台就位时，将桩靴基础插入海床一定深度提供支撑力。近年来，海上资源开发作业频繁，自升式平台也频频在旧有位置附近进行二次插、拔桩作业。旧有平台拔桩后在海底形成直径可达十几米的桩坑，也称“脚印”，这样就会导致新平台插桩过程中所受水平反力左右不平衡而发生偏移，给平台结构安全带来隐患,自升式钻井平台踩脚印问题是一个结构与非线性土相互作用的多场耦合问题，具有复杂的作用机理。目前大量相关基本理论的认识尚不清晰，从土体极限承载力方面研究此问题，揭示其中蕴含的复杂、丰富的内容，具有重要的理论价值。因此，研究自升式钻井平台踩脚印的问题，对保证平台安全运行有着重要的工程意义，符合我国海洋油气资源开发和海洋强国的重大战略需求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种大桩靴自升式平台踩脚印研究试验装置及方法，其能得到平台滑移规律，进而为大桩靴“踩脚印”风险控制方案提供基础。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种大桩靴自升式平台踩脚印研究试验装置，其包括试验土池、支撑架、桩靴、桩腿、传感器组、三角板平台、液压加载系统和数据采集仪；所述试验土池设置在所述支撑架内，所述试验土池内设置有所述桩靴，所述桩靴顶部与所述桩腿一端连接，所述桩腿另一端连接在所述三角板平台底部；所述三角板平台顶部与所述液压加载系统的输出端连接，且所述传感器组设置在所述液压加载系统的输出端，将检测到的信号传输至所述数据采集仪。进一步，所述试验土池采用钢板制成，试验用土为水洗高岭土，采用多次填土的方式进行配置，注水充分饱和后进行下次填土。进一步，所述支撑架采用方形结构，由工字钢焊接而成。进一步，所述液压加载系统包括液压缸和电机；所述电机控制调节所述液压缸的运动速度；所述液压缸的上端固定在所述支撑架顶部，所述液压缸的下端通过球绞与所述三角板平台顶部连接；且所述液压缸的下端设置有所述传感器组。进一步，所述传感器组由压力传感器和位移传感器构成，用于记录所述液压缸整个行程过程中的压载力和插桩深度。进一步，所述位移传感器采用拉线式位移传感器，安装在所述液压缸一侧。进一步，所述桩腿采用铝合金制作；所述桩靴底部开设有用于安装土压力传感器的圆孔；所述三角板平台上部安装有倾角传感器。进一步，所述试验土池中设置有用于测量黏土不排水抗剪强度的十字板剪切仪。进一步，所述桩腿的两侧由上至下间隔粘贴有应变片，通过所述数据采集仪收集应变，然后计算得到所述桩腿的弯矩，根据弯矩拟合一次函数求导计算出桩腿上的水平力和挠度。一种基于上述试验装置的试验方法，其包括以下步骤：步骤1：将黏土破碎、搅拌，加水静置，根据预先设定的初始含水率配置饱和黏土；步骤2：分级加压排水，使黏土强度增加，每小时记录黏土沉降高度；步骤3：黏土沉降高度连续5-6小时基本无变化后，完成配土；步骤4：采用便携式十字板剪切仪测定土样的不排水抗剪强度，如强度不够继续加压排水静止固结；步骤5：安装三角板平台、桩腿、桩靴和液压加载系统，并安装传感器组，进行初始调控，准备开始试验；步骤6：根据预定不同的工况制作桩坑，模拟先前钻井平台遗留的脚印；步骤7：通过液压缸进行力加载，加载分为4级，每级加载时间为60s，最大加载力为2t，并记录实验数据，完成试验；步骤8：根据数据采集仪所测得桩腿上应变变化值以及加载力和位移数值，利用已有力学计算公式，计算出桩腿上弯矩、水平力、轴力、挠度，绘制这些变量随平台插桩深度的变化曲线，确定受力变化规律和最危险工况；根据底部分布土压力计测得数据绘制桩靴底部压力变化分布曲线，得到“踩脚印”过程桩靴底部压力分布情况；绘制倾角曲线，得到“踩脚印”过程平台倾斜运动状况。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术可以进行单桩、双桩、三桩踩脚印工况模拟，三桩腿同时进行加载插桩，与实际插桩作业情况更为接近，得到数据更有利于实际工程应用，对于测量数据进行整理分析计算，可以得到桩腿的弯曲变形，平台的倾斜滑移，桩靴周围土体的流动破坏，研究桩坑几何因素，土体的强度因素对于平台二次插桩作业时所可能遇到的风险，制定一套较为完整的风险控制预案，找出各种因素下的临界点，对于后续的工程实际作业起到一个关键性的理论保障。2、本专利技术的大桩靴自升式平台踩脚印过程中，在单层土和双层土下，平台分别进行单桩腿踩脚印、双桩腿踩脚印、三桩腿踩脚印作业时的风险控制研究。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，本专利技术提供一种大桩靴自升式平台踩脚印研究试验装置，其包括试验土池1、支撑架2、桩靴3、桩腿4、传感器组、三角板平台5、液压加载系统和数据采集仪6。试验土池1设置在支撑架2内，试验土池1内设置有桩靴3，桩靴3顶部与桩腿4一端连接，桩腿4另一端连接在三角板平台5底部。三角板平台5顶部与液压加载系统的输出端连接，且传感器组设置在液压加载系统的输出端，将检测到的信号传输至数据采集仪6。上述实施例中，试验土池1优选的尺寸为1.6m×1.6m×1m，采用钢板制成，且钢板最优厚度为5mm。试验用土为水洗高岭土，采用多次填土的方式进行配置，每次配土厚度为20cm，注水充分饱和后进行下次填土，土体总厚度为50cm。对所配土层进行静置加载排水固结达到预定的强度，使其满足试验需求。上述各实施例中，支撑架2采用方形结构，其高为3m，由工字钢焊接而成；用于保证试验装置的稳定，并支撑液压加载系统中液压缸的反力作用。上述各实施例中，液压加载系统采用伺服液压控制，保证加载力的稳定性与精确性。液压加载系统包括液压缸7和电机8，由电机8控制调节液压缸7的运动速度；液压缸7的最大载荷为2吨，行程为80cm，液压缸7的上端固定在支撑架2顶部，液压缸7的下端通过球绞11与三角板平台5顶部连接；且液压缸7的下端设置有传感器组。液压加载系统可以实现力控制，并且调节运动速度，满足实验加载需求。上述各实施例中，传感器组由压力传感器9和位移传感器10构成，用于记录液压缸7整个行程过程中的压载力和插桩深度。其中，位移传感器10采用拉线式位移传感器10，安装在液压缸7一侧，随着液压缸7下移进行插装作业，可以测得位移，量程为0-80cm。压力传感器9设置在液压缸7与三角板平台5之间，量程为0-5t，可以测得液压缸7给三角板平台5的加载力大小。上述各实施例中，试验装置与实际平台比例为1:100，实际平台为HYSY944平台。桩腿4根本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大桩靴自升式平台踩脚印研究试验装置，其特征在于：包括试验土池、支撑架、桩靴、桩腿、传感器组、三角板平台、液压加载系统和数据采集仪；所述试验土池设置在所述支撑架内，所述试验土池内设置有所述桩靴，所述桩靴顶部与所述桩腿一端连接，所述桩腿另一端连接在所述三角板平台底部；所述三角板平台顶部与所述液压加载系统的输出端连接，且所述传感器组设置在所述液压加载系统的输出端，将检测到的信号传输至所述数据采集仪。/n
【技术特征摘要】
1.一种大桩靴自升式平台踩脚印研究试验装置，其特征在于：包括试验土池、支撑架、桩靴、桩腿、传感器组、三角板平台、液压加载系统和数据采集仪；所述试验土池设置在所述支撑架内，所述试验土池内设置有所述桩靴，所述桩靴顶部与所述桩腿一端连接，所述桩腿另一端连接在所述三角板平台底部；所述三角板平台顶部与所述液压加载系统的输出端连接，且所述传感器组设置在所述液压加载系统的输出端，将检测到的信号传输至所述数据采集仪。
2.如权利要求1所述试验装置，其特征在于：所述试验土池采用钢板制成，试验用土为水洗高岭土，采用多次填土的方式进行配置，注水充分饱和后进行下次填土。
3.如权利要求1所述试验装置，其特征在于：所述支撑架采用方形结构，由工字钢焊接而成。
4.如权利要求1所述试验装置，其特征在于：所述液压加载系统包括液压缸和电机；所述电机控制调节所述液压缸的运动速度；所述液压缸的上端固定在所述支撑架顶部，所述液压缸的下端通过球绞与所述三角板平台顶部连接；且所述液压缸的下端设置有所述传感器组。
5.如权利要求1或4所述试验装置，其特征在于：所述传感器组由压力传感器和位移传感器构成，用于记录所述液压缸整个行程过程中的压载力和插桩深度。
6.如权利要求5所述试验装置，其特征在于：所述位移传感器采用拉线式位移传感器，安装在所述液压缸一侧。
7.如权利要求1所述试验装置，其特征在于：所述桩腿采用铝合金制作；所述桩靴底部开设有用于安装土压力传感器的圆孔；所述三角板平台上部安装有倾角传感器。...
【专利技术属性】
技术研发人员：冼敏元，黎剑波，袁烨，段梦兰，张成良，甘荣，高杰，张鹏，
申请(专利权)人：中海油田服务股份有限公司，中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：河北;13
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。