深海可折叠泥垫不排水水平-扭转耦合抗滑机制及承载力优化研究

针对深水油气开发中大型泥垫安装受船舶尺寸限制的难题，研究人员通过塑性极限分析(PLA)和有限元分析(FEA)，系统研究了可折叠泥垫在不排水条件下的水平-扭转(H-T)耦合抗滑性能。结果表明，紧密间距下拱形破坏机制与刚性连接形成的力臂效应可提升16.5%承载力，为深水基础优化设计提供了理论支撑。

　　

随着深海油气资源开发向远海、深水区推进，海底生产系统成为连接水下设施的关键枢纽。然而，极软海床的低承载力、超长回接管道的巨大操作载荷，以及水下处理设备带来的复杂荷载条件，使得传统泥垫基础尺寸远超安装船舶的承载能力。面对恶劣的深海环境和短暂的安装窗口，如何优化基础设计成为制约深水工程发展的瓶颈。大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的研究团队在《Ocean Engineering》发表论文，创新性地提出可折叠泥垫解决方案，通过塑性极限分析和有限元模拟揭示了其水平-扭转耦合抗滑机制。

研究采用三维运动许可机制构建了塑性极限分析模型，结合ABAQUS 6.14进行有限元验证。针对两种典型土体条件（恒定抗剪强度和线性梯度强度），分析了不同基础间距（s=0.1B-1.0B）、埋深比（d/B=0-0.2）下的承载特性。通过优化楔形破坏面参数（α₁、α₄、β）和旋转中心位置，建立了H_x-H_y双轴及H-T耦合荷载的破坏包络线。

纯水平承载力
研究发现，紧密间距（s<0.5B）时，双泥垫系统通过土体拱形破坏机制使水平承载力提升23%；而宽间距（s≥0.7B）时干扰效应消失。埋深增加会放大PLA与FEA的预测差异，在均质土中最大偏差达16.5%。

水平-扭转耦合特性
刚性连接产生的力臂效应使紧密间距下的扭矩承载力提升37%。线性强度梯度土中，埋深比每增加0.1，耦合承载力提高12%。FEA位移云图显示，紧密间距下土体形成三维螺旋形破坏面，验证了PLA机制的合理性。

工程应用案例
以某深水PLET基础为例，采用2.5×10m可折叠设计时，H_xult比单体基础提高31%，T_ult提升28%。设计表格化方法可直接应用于不同土体参数（s_u、k）和荷载组合工况。

该研究首次建立了可折叠泥垫H-T耦合承载力的理论预测模型，揭示了间距-埋深-土体强度的耦合规律。提出的拱形破坏机制和力臂增强效应为深水基础轻量化设计提供了新思路，其封闭解表达式已被纳入行业设计指南。研究获得国家自然科学基金（52271262、42277133）和中央高校基本科研业务费（DUT21RC(3)115）支持，相关成果正在南海深水气田开发中推广应用。