小型海底泥垫基础在抗拔与压缩荷载下的性能研究：孔隙水压力与失稳机制解析

本文通过小型模型试验系统研究了海底浅基础（mudmats）在抗拔与压缩荷载下的力学行为，重点揭示了孔隙水压力（Δu）发展规律、失稳机制及加载速率（V=vB/cv）对抗拔承载力（qup）的影响。研究发现，基础底部吸力（suction）与荷载速率呈正相关，为海上油气设施退役工程提供了关键参数优化依据。

　　

Highlight

材料与方法

试验采用85%高岭土与15%膨润土（含水率120%）模拟巴西Santos盆地海床粘土，通过一维固结试验、微型十字板剪切试验（vane shear）、T型杆贯入试验（T-bar）和球形贯入试验（ball penetration）表征土体强度剖面。

土体混合试验结果

如表4所示，混合土体呈现高塑性（塑性指数PI>30%），与天然海床粘土特性高度吻合。膨润土的加入显著提升了粘土的触变性与吸力保持能力。

泥垫模型试验结果

图8显示，抗拔应力（q_up）与归一化位移（w/B）呈非线性增长，孔隙压力变化（Δu）曲线与之镜像对称，证实吸力效应是维持土体-基础粘结的关键因素。高速加载（V>100）时，基础中心吸力值较边缘高38%，表明排水路径长度的影响。

土体固结时间与吸力效应

图16的T型杆贯入试验（TBT）显示，土体抗剪强度随固结时间呈指数增长——24小时后强度提升达300%，为吸力发展的时效性提供了量化依据。

结论

本研究证实：1）退役作业需控制提取速率以避免吸力突增导致的缆绳断裂；2）压缩预加载会使后续抗拔试验的峰值位移（w/B）提高20%；3）结合T-bar与ball penetration的强度剖面法可精准预测实际工况。