基于边界面模型的砂土中板锚循环承载力数值分析

王 强，刘海笑，李 洲

(天津大学 建筑工程学院，天津 300072)

随着海洋资源开发走向深水化，浮式油气开发平台、浮式波浪发电站和海上风力发电站等各类浮式海洋工程构筑物大量兴建。这些结构除了承受正常生产活动所产生的工作荷载外，还会受到风、浪、流等引起的循环荷载，且与地震荷载不同，这种循环荷载大多具有长期、持续和低频的特征，因此对系泊系统的要求极为严苛。锚固结构作为系泊系统中提供抗拔承载力的重要组成部分，是限制浮体漂移的关键所在。板锚是一种重要的嵌入式海洋工程锚固结构形式，尽管其体积小、重量轻，但仍然能够提供很高的承载能力，且对系缆角度的要求不高，同时具有经济实用、施工简单等优点[1]，因此板锚在系泊系统中被广泛应用。

海洋土的非线性动力特性，决定了嵌入其中的结构在循环荷载作用下会产生复杂的荷载—位移响应，也对结构的承载力设计和维护带来诸多困难。现行设计规范如挪威船级社制定的DNV规范[2]和美国船级社制定的ABS规范[3]，在针对海洋结构基础的循环承载性能评估中，都建议通过绘制土体循环强度轮廓图(the cyclic contour diagram)的方法来考虑循环荷载效应。该方法需要考虑结构不同位置处土单元的受力状态，通过一组单调三轴压缩，拉伸和直接剪切试验，以及系列循环试验来获得完整的循环强度轮廓图，进而利用插值法获得各土单元的循环强度[4]。

目前针对嵌入式海洋结构循环承载性能的研究常局限于黏土[5-6]，由于砂土更为复杂的应力—应变响应，针对板锚循环动力特性的研究还处于初步阶段。……