循环荷载下饱和粉土中伞式吸力锚水平承载性能研究_盛腾飞.pdf

第4 5卷 第1期2 0 2 3年 2月海 洋 湖 沼 通 报T r a n s a c t i o n so fO c e a n o l o g ya n dL i m n o l o g yV o l.4 5 1F e b.,2 0 2 3循环荷载下饱和粉土中伞式吸力锚水平承载性能研究盛腾飞3,刘红军1,2,*,刘 灿3(1.山东省海洋环境地质工程重点实验室,山东 青岛2 6 6 1 0 0;2.海洋环境与生态教育部重点实验室,山东 青岛2 6 6 1 0 0;3.中国海洋大学 环境科学与工程学院,山东 青岛2 6 6 1 0 0)摘 要:利用A B AQU S有限元软件构建模型,对伞式吸力锚施加水平循环荷载,研究伞式吸力锚的承载性能。在固定荷载大小的情况下,研究锚体位移以及不同位置土体的应力应变。分析可得,在水平循环荷载的作用下,土体的最大塑性应变出现在筒裙位置,筒裙和锚支的结合发挥了主要的承载作用。改变荷载工况,研究不同荷载大小对伞式吸力锚的影响。研究发现,随着循环波浪荷载作用强度的增大,筒裙的稳定作用愈加明显,且这种作用在循环波浪荷载的后期阶段相对更加突出。关键词:伞式吸力锚;循环荷载;承载特性;数值分析中图分类号:T U 4 7 0 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 3-6 4 8 2(2 0 2 3)0 1-0 1 0-0 8D O I:1 0.1 3 9 8 4/j.c n k i.c n 3 7-1 1 4 1.2 0 2 3.0 1.0 0 2引 言相对发达的沿海经济区对电能需求量大,而海上风电具有清洁可再生和供给电力给沿海地区距离近的工程优势,近些年发展迅速。海上风电基础需承受多种复杂外部荷载,对基础进行合理的选型与设计尤为重要。吸力锚是一种新型的基础形式,已有不少学者对其进行了研究。H o g e r v o r s t1进行了吸力锚基础的试验,包括小尺寸和大尺寸的试验,并且研究了在水平荷载和竖向荷载作用下的吸力锚承载特性;二十世纪八十年代初,吸力锚基础第一次被应用到了北欧地区的系泊储油装置中2;M u r f f与H a m i l-t o n3-4通过极限平衡的理论,在水平荷载的条件下,计算得到了吸力锚基础的三维极限上限解法;B y ee t.a l5研究了循环荷载对吸力锚的承载性能究竟有何影响,并且还得出了相应的计算公式;王建华等6进行了张紧式吸力锚的模型试验,分析了加载方向对其破坏模式以及极限承载力的影响;李书兆等7提出了一种计算吸力锚循环承载力的简化极限平衡方法;冯凌云等8采用数值分析的方法对砂土中裙式吸力基础水平循环承载特性的影响因素进行了分析。研究发现,当循环荷载比大于0.5时,基础循环割线的刚度随循环振次增加而增大,卸荷后基础残留较大塑性变形,并且基础的水平及竖向累积位移随循环荷载比和加载高度的增加而逐渐增大;刘学洋等9对饱和砂土中的传统吸力基础与裙式吸力基础进行了竖向荷载下的对比研究,分析了“裙”结构对基础周围土体变形的影响,发现其能够显著提高基础的承载力;刘晶磊等1 0通过模型试验的方法,研究了循环荷载频率变化对吸力锚承载力的影响,发现基础的循环承载力随荷载循环频率的减小而减小。刘红军等1 1使用A B AQU S软件,建立模型分析了水平荷载对伞式吸力锚产生的影响,结果表明因为存在锚枝和筒裙的缘故,被调动起来发挥承载作用的土体分布发生了变化,也就是说伞式吸力锚的承载性能得到了提高,并且还分析了伞式吸力锚主筒的长径比对破坏包络面的影响。传统吸力锚的承载性能有限,并且不能有效防止基础冲刷,因而本文以课题组提出的伞式吸力锚(U S A F)为研究对象。伞式吸力锚是在传统吸力锚的基础上改进得到的,它是由上端封闭下部开口的主筒、顶部开孔的筒裙、布满小孔的金属薄板制成的锚枝、连接锚枝与主筒的锚环、连接锚枝与筒裙的斜撑 基金项目:国家自然科学基金资助项目(4 1 5 7 2 2 4 7),山东省科技攻关资助项目(2 0 1 4 G G X 1 0 4 0 0 7)第一作者简介:盛腾飞(1 9 9 5),男,硕士研究生,主要从事海上风电基础的研究。E-m a i l:6 3 0 8 8 5 8 0 0q q.c o m*通信作者:刘红军(1 9 6 7),男,博士,教授,博士生导师,主要从事海洋岩土工程等方面的研究。E-m a i l:h o n g j u no u c.e d u.c n 收稿日期:2 0 2 0-0 6-0 81期循环荷载下饱和粉土中伞式吸力锚水平承载性能研究1 1 杆和用于固定筒裙的伸缩钩等六部分组成。U S A F基础工作时,筒裙着床后锚枝会在斜撑杆的作用下逐渐展开,待整体稳定后,锚枝会水平贴附在海床上,筒裙则被伸缩钩固定。伞式吸力锚目前还处于研究验证阶段,并未实际应用,与传统吸力锚相比,其主要有两方面的优点:一是承载性能更高,二是锚枝具有一定的防冲刷的作用。目前对于伞式吸力锚的研究方法比较单一,且主要集中在水平静荷载、竖向荷载以及弯矩的作用上,因此需要拓展研究的思路,本文便聚焦于循环荷载,采用A B AQU S软件研究其对伞式吸力锚水平承载性能的影响。图1 伞式吸力锚基础F i g.1 Um b r e l l as u c t i o na n c h o r f o u n d a t i o n1-主筒,2-筒裙,3-锚环,4-锚枝,5-斜撑杆,6-伸缩钩1 有限元建模1.1 伞式吸力锚尺寸与土体参数本文采用了数值模拟软件A B A Q U S来建立模型,深入土中的主筒部分的高度H=8m,主筒直径D=4m,筒裙高度h=2m,筒裙直径d=8m,主筒和筒裙的侧壁厚度是0.0 2m,筒裙顶部的厚度是0.0 5m;锚枝的长度是1.5m,宽度是0.5m,厚度是0.0 5m,数量采用1 2个。本文中的伞式吸力锚自身为刚性体,不考虑变形。本文的研究背景是黄河三角洲区域,土体选用的是黄河三角洲的粉土,参数来源于之前实验室对取自黄河三角洲的粉土所进行的土工试验,密度是18 0 0k g/m3,杨氏模量是3.6MP a,泊松比为0.2 5,土体选取摩尔-库伦模型,内摩擦角取2 0,膨胀角取0.1,粘聚力是2 0k P a。1.2 数值模型的建立模型是采用了三维计算模型,土体模型的尺寸相对于伞式吸力锚要尽可能的大,这主要是为了能够将边界效应的影响进行消除,本文中建立的土体模型直径为1 0 0m,厚度为2 4m,为了保证计算过程的顺利,还需要对模型进行适当的切割。锚体采用钢结构,主筒、筒裙和锚枝之间采用绑定约束,吸力锚与土体之间采用表面与表面接触,主表面设置为刚度较大的锚体,从表面设置为土体,两者之间的接触采用摩擦法公式,摩擦系数为0.3。土体模型的底部采用完全固定边界条件,侧面只对水平方向进行固定,模型采用八结点线性六面体单元,减缩积分,沙漏控制。循环荷载为正弦波,周期为4s,为了方便计算,本文将海水表面以下的锚体分成十段,每段施加一个循环荷载,认定泥面处的循环荷载大小为零,从海水表面到泥面荷载大小递减。1.3 模型验证为了验证数值模型的可靠性,将数值模拟的计算结果和桶形基础的承载力经验公式进行了对比。武科1 2在T a i e b a t1 3的基础上,对公式进行了修正,得到了均质软黏土中桶形基础的水平极限承载力的经验公式,如下式:Hu l t=4LDNhA Su其中,L(m)为基础高度,D(m)为基础直径,Nh为水平承载力系数,A为基础的底面积(m2),Su为软黏土完全不排水抗剪强度(k P a)。1 2 海 洋 湖 沼 通 报2023年通过计算得到的桶形基础的水平极限承载力是15 2 9.6k N,而数值模型的计算结果是14 3 0.6k N,误差为6.4 7%。这样的结果表明,桶形基础的数值模型是可靠的,而伞式吸力锚基础与之类似,因此也可以认为其数值模型是可靠的。2 循环荷载作用结果与分析2.1 循环荷载作用下锚体位移分析对伞式吸力锚的水平位移进行分析,如图2所示为沿主筒受力方向输出的Y轴方向水平位移U2云图,分别选取三个时间节点,依次为循环荷载曲线上的波峰值、零点值和波谷值,以泥面位置为分界线,若将主筒看做杆系,则泥面位置则为杠杆的支点。图2 伞式吸力锚水平位移随时间变化曲线F i g.2 T i m e-v a r y i n gc u r v eo fh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to fU S A F图3 波峰作用时伞式吸力锚水平位移云图F i g.3 C l o u dD i s p l a c e m e n tC l o u dD i a g r a mo fU S A Fu n d e rW a v eP e a k对伞式吸力锚施加顶端最大荷载为3 0 0k N的循环荷载,当主筒上半部分受到Y轴正方向推力,即波峰位置时,如图3所示,顶端产生正方向位移,沿深度方向向下逐渐递减,在泥面位置处水平位移为0.1m,在主筒入土6m深处水平位移为零,在此深度以下,主筒出现负向位移,在主筒底端(即入土8m深位置),负方向位移为0.0 2 5m。输出此时伞式吸力锚与土体之间的接触压力云图,如图4所示。与位移运动相对应,当受到沿Y轴正方向的推力时,如图4左所示,在Y轴负方向一侧,主要是主筒底部位置出现较大的应力水平,最大可达约2 0 0 k P a;如图4右所示,在Y轴的正方向一侧,主要是筒裙位置出现较大的应力水平,沿筒裙面出图4 波峰作用时伞式吸力锚接触压力云图F i g.4 T h ec o n t a c tp r e s s u r ec l o u do fU S A Fd u r i n gw a v ec r e s t1期循环荷载下饱和粉土中伞式吸力锚水平承载性能研究1 3 图5 波谷作用时伞式吸力锚水平位移云图F i g.5 C l o u dd i s p l a c e m e n to fU S A Fd u r i n gt r o u g h现8 01 5 0k P a的接触应力分布水平,此时筒裙面的存在较好地保护了主筒与筒裙之间的土体,使得该部分土体未出现较大的接触应力。当主筒上半部分受到Y轴负方向拉力,即波谷位置时,如图5所示,此时顶端产生负方向位移,泥面位置为负方向0.1 2m,主筒入土5.5m深处水平位移为零,主筒底端正方向水平位移最值为0.0 3 1m。当波浪力位于波谷时,与波峰作用时效果相反。如图6所示,此时在Y轴负方向上,筒裙位置处接触压力更为显著;在Y轴正方向上,则是主筒底部出现应力集中,最大为2 7 0k P a左右,相比于波峰作用时有所增加,增加了约2 0k P a。2.2 筒裙位置土体应力应变分析观察发现,最大塑性应变出现在筒裙位置。如图7所示,选取位于筒裙内侧的土体单元(图中标记处)为研究对象,该位置处在与波浪荷载同方向的Y轴正方向上,深度略小于筒裙入土深度,该点相比于其他单元在数值和位置上均具有一定的代表性。图6 波谷作用时伞式吸力锚接触压力云图F i g.6 C o n t a c tp r e s s u r ec l o u do fU S A Fd u r i n gt r o u g ha c t i o n图7 筒裙内侧土体应变云图F i g.7 S t r a i nc l o u dd i a g r a mo f s o i li n s i d e t h e t u b es k i r t 输出该处土体在Y轴正方向的应力-应变包络曲线,如图8所示。由于位于筒裙内侧,结合上文分析可知,筒裙伴随荷载出现前后运动,位于筒裙内侧的土体,受到筒裙的反向压力作用效果明显大于拉力,因而应力水平主要集中在受压范围内(在A B AQU S中,应力水平为负代表压力)。根据曲线可以发现,土体在筒裙的作用下循环受到压力、拉力作用,对应着对数应变由负到正的变化。在初始受力阶段,随着循环作用次数的增加,土体受到的压应力水平也在不断增加,伴随着真实应变的增长,包络线表现出逐渐向外扩散的趋势。根据曲线,推测在筒裙的循环作用下,使得该位置土体发生强度弱化与1 4 海 洋 湖 沼 通 报2023年变形,从而在前期作用阶段,应力应变水平存在着较快的增长过程。图8 土体水平应力-对数应变包络曲线F i g.8 S o i lh o r i z o n t a l s t r e s s-l o g a r i t h m i cs t r a i ne n v e l o p ec u r v e图1 0 筒裙位置土体等效塑性应变发展曲线F i g.1 0 S o i l e q u i v a l e n tp l a s t i cs t r a i nd e v e l o p m e n tc u r v eo f t u b es k i r tp o s i t i o n图9 土体水平应力-塑性应变包络曲线F i g.9 H o r i z o n t a l s t r e s s-p l a s t i cs t r a i ne n v e l o p ec u r v eo f s o i l图1 1 主筒位置土体等效塑性应变发展曲线F i g.1 1 S o i l e q u i v a l e n tp l a s t i cs t r a i nd e v e l o p m e n t c u r v ea tm a i nt u b ep o s i t i o n根据应变云图可以观察到该位置土体已出现塑性应变。因此,输出土体应力-塑性应变分量包络曲线,如图9所示。随着循环振动,塑性应变伴随应力的往复作用而逐渐增加,并在多次循环后趋于稳定状态。进而输出土体的等效塑性应变发展曲线,如图1 0所示,累积塑性应变随着振动逐级增加,且增幅逐渐变小。结合塑性应变云图分析,发现筒裙周围土体出现的塑性破坏主要出现在筒裙边缘位置,深度主要集中在1.5m至3.3m之间,围绕土体一周,呈非对称性分布,其中桩后塑性应变水平大于桩前,其次为筒裙两侧。2.3 主筒位置土体应力应变分析取位于主筒内侧的土体,输出其等效塑性应变随时间的变化曲线,如图1 1所示。不同于筒裙位置土体的塑性应变随着振动而不断往复增长,主筒位置处的塑性应变在第一次循环振动后并未出现更大幅度的增长,后期主要表现为弹性应变随主筒晃动而不断循环变化,后者相对前者较早进入稳定状态。相比于筒裙内侧土体,虽然主筒位置塑性应变累积程度要大于后者,但该深度处土体的晃动程度明显降低。可以发现,在循环振动的后期,由于筒裙位置土体对应力的分担,使得对主筒附近土体受到一定的缓冲保护效果。1期循环荷载下饱和粉土中伞式吸力锚水平承载性能研究1 5 图1 2 主筒内侧土体应变云图F i g.1 2 S t r a i nc l o u dd i a g r a mo f s o i l i n s i d et h em a i nc y l i n d e r图1 3 主筒周围土体水平位移随深度分布曲线F i g.1 3 D i s t r i b u t i o nc u r v eo fh o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n to f s o i l a r o u n dm a i nc y l i n d e rw i t hd e p t h如图1 2、1 3所示,为土体水平位移峰值沿深度方向的分布示意图。由图可知土体在泥面位置出现最大水平位移,之后随深度增加,位移不断减小,但在主筒底端附近位移存在明显的位移增加现象。2.4 锚支位置土体应力应变分析如图1 4所示,为海床土体表面切应力分布图,应力沿荷载方向Y轴呈对称分布,裙筒外侧锚支位置相对于主筒位置土体出现的更大的切应力水平。在循环作用过程中,主筒内部及周围土体均未呈现较大的应力变化。结合图1 5所示沿深度方向的应力云图,可见裙筒和锚支的结合在扩大了整体结构的受力面积的同时,为主筒分担了大部分的外力荷载,使得主筒周围一定深度的土体更加稳定。根据分析可知,与其它基础相比,筒裙和锚支的存在使得该基础在水平承载性能上更有优势。图1 4 土体表面切应力分布云图F i g.1 4 C l o u d i m a g eo f s h e a rs t r e s sd i s t r i b u t i o no ns o i l s u r f a c e图1 5 深度方向土体切应力分布云图F i g.1 5 C l o u dm a po f s o i l s h e a rs t r e s sd i s t r i b u t i o n i nd e p t hd i r e c t i o n3 荷载工况对承载性能的影响改变吸力锚主筒受到的水平荷载大小,设置三个梯度的集中力分布情形,三种形式的作用力位置相同,均为主筒顶端受到最大集中力,主筒底端位置集中力最小。依次输出三种情形下沿主筒主筒上半部分(泥面以上)侧壁方向的集中力分布,如图1 6所示,黑色直线表示的荷载工况一,顶端最大荷载为2 0 0k N,红色直线表示的荷载工况二,顶端最大荷载为3 0 0k N,蓝色直线表示的荷载工况三,顶端最大荷载为3 5 0k N。三种工况下荷载均沿筒壁深度方向递减到零。同时,输出三种外力条件下,主筒上半部分的水平位移分布。如图1 7观察到,从荷载工况一到荷载工况三,可以看到随着荷载水平的提高,相比于黑色直线的平缓,蓝色直线则更陡,即主筒顶部与底部的位移差值也在不断变大,但都接近于前者是后者2倍水平的关系。以工况三为例,顶部与底部的差值可达0.1 3m。但若参照结构物失稳判断准则,更多地将重点放在结构物在泥面位置处的水平位移幅值,可以发现泥面位置的位移由0.0 5m依次增加到0.1m、0.1 3m。对主筒受到的外力荷载进行叠加(不考虑弯矩效应时),绘制总外力水平与泥面位置处结构物水平位移幅值的关系曲线,如图1 8所示,可以发现,随着总外力水平的增加泥面位置水平位移增长幅值有所减缓。1 6 海 洋 湖 沼 通 报2023年对主筒底部附近等效塑性应变进行分析,选取同一位置的土体单元,输出其在不同外力循环荷载作用下随时间的发展变化趋势,如图1 9所示。随着外力荷载的逐级递增,循环作用下,土体的累积塑性应变由0.0 3m依次增加到0.0 6m,0.0 8m。图1 6 主筒侧壁集中力沿深度方向分布图F i g.1 6 D i s t r i b u t i o nd i a g r a mo f t h ec o n c e n t r a t e df o r c eo f t h es i d ew a l l o f t h em a i nc y l i n d e ra l o n gt h ed e p t h图1 8 泥面位置水平位移随总外力荷载变化关系F i g.1 8 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nh o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n to fm u ds u r f a c ep o s i t i o na n dt o t a l e x t e r n a l l o a d图1 7 主筒侧壁水平位移沿深度方向分布图F i g.1 7 D i s t r i b u t i o no f t h eh o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n to f t h es i d ew a l l o f t h em a i nc y l i n d e ra l o n gt h ed e p t h图1 9 主筒底部土体等效塑性应变随时间变化曲线F i g.1 9 T i m e-v a r y i n gc u r v eo f e q u i v a l e n tp l a s t i cs t r a i no fs o i l a t t h eb o t t o mo fm a i nc y l i n d e图2 0 筒裙边缘位置土体等效塑性应变随时间变化曲线F i g.2 0 C u r v eo f s o i l e q u i v a l e n tp l a s t i cs t r a i nw i t ht i m ea t t h ee d g eo f t u b es k i r t 输出筒裙处的土体塑性应变,如图2 0所示。可以发现,在工况一的荷载条件下,筒裙处土体并未出现累积塑性应变;只有在工况二的荷载时,筒裙周围才出现塑性应变,最终维持在0.0 0 3m左右;在工况三的荷载条件下,筒裙处塑性应变最终累计在0.0 1 9m左右,约为主筒位置处塑性应变的2 5%左右。结合上图一起分析,发现在相同的作用时间下,筒裙处的塑性应变累积在前期并不如主筒周围显著,但是在后期的循环作用过程中,筒裙处塑性应变的增量幅值明显要大于主筒位置处。可以得出结论,筒裙对主筒的保护作用同样是在一定的荷载条件下才会表现得更加显著,换言之,随着循环波浪荷载作用强度的增大,筒裙位置处逐渐发挥出稳定的作用效果,且这种保护效果在波浪作用的后期阶段相对更加明显。1期循环荷载下饱和粉土中伞式吸力锚水平承载性能研究1 7 4 结论本文通过A B AQU S软件建立模型,分析循环荷载下海上风电伞式吸力锚基础承载性能,得到以下结论:(1)在循环荷载的作用下,土体的最大塑性应变出现在筒裙位置。筒裙周围土体出现的塑性破坏主要出现在筒裙边缘位置,在工况二的荷载条件下深度主要集中在1.5m至3.3m之间,围绕土体一周,呈非对称性分布,其中筒裙后塑性应变水平大于筒裙前,其次为筒裙两侧。(2)筒裙和锚支的结合在扩大了整体结构的受力面积的同时,为主筒分担了大部分的外力荷载,使得主筒周围一定深度的土体更加稳定。(3)随着循环波浪荷载作用强度的增大,筒裙位置处逐渐发挥出稳定的作用效果,且这种保护效果在波浪作用的后期阶段相对更加明显。参考文献1 HO G E R VO R S TJR.F i e l dT r a i l sw i t hL a r g eD i a m e t e rS u c t i o nP i l e sC/O f f s h o r eT e c h n o l o g y i nC i v i lE n g i n e e r i n g s H a l l o fF a m eP a p e r s f r o mt h eE a r l yY e a r s:V o l u m eS e v e n.A S C E,1 9 8 0:1-8.2 S E N P E R E D,AUV E R GN EGA.S u c t i o na n c h o r ep i l e s-ap r o v e na l t e r n a t i v e t od r i v i n go rd r i l l i n gA.I n:P r o c.O f f s h o r eT e c h.C o n f.C.H o u s t o n:s.n.,1 9 8 2.4 8 3-4 9 3.3 M MJDH.P-U l t i m a t e f o rU n d r a i n e dA n a l y s i so fL a t e r a l l yL o a d e dP i l e sJ.A S C EJ o u r n a lo fG e o t e c h n i c a lE n g i n e e r i n g,1 9 9 3,1(1 1 9):9 1-1 0 7.4 AU B E NYCP,HANSW,MUR L FJD.I n c l i n e d l o a dc a p a r i t yo f s u c t i o nc a i s s o nJ.I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l f o rN u m e r i c a l a n dA n a-l y t i c a lM e t h o d s i nG e o m e c h a n i c s,2 0 0 3,2 7(1 4):1 2 3 5-1 2 5 4.5 B Y EAECT.G e o t e c h n i c a lD e s i g no fB u c k e tF o u n d a t i o n sJ.P r o cO f f s h o r eT e c h n o l o g yC o n f e r e n c e,1 9 9 5(T e x a s,U S A).6 王建华,刘晶磊,陈文强.加载方向对张紧式吸力锚极限承载力的影响分析J.岩土工程学报,2 0 1 2,3 4(3):3 8 5-3 9 1.7 李书兆,王忠畅,贾旭,等.软黏土中张紧式吸力锚循环承载力简化计算方法J.岩土力学,2 0 1 9,4 0(5):1 7 0 4-1 7 1 2.8 冯凌云,李大勇.砂土中裙式吸力基础水平循环承载特性的影响因素分析J.工程科学与技术,2 0 1 8,5 0(6):1 5 6-1 6 4.9 刘学洋,张雨坤,李大勇.竖向荷载下裙式吸力基础周围土体变形研究J.人民长江,2 0 1 8,4 9(6):9 6-1 0 1.1 0 刘晶磊,王建华.循环荷载频率对黏土中吸力锚承载力影响的模型试验研究J.岩土力学,2 0 1 2,3 3(1 2):3 6 5 3 V 3 6 5 8.1 1 刘红军,王荃迪,潘晨晨,等.海上风电伞式吸力锚基础承载性能研究J.水利学报,2 0 1 6,4 7(1 0):1 3 3 9-1 3 4 5.1 2 武科.滩海吸力式桶形基础承载力特性研究D.大连:大连理工大学岩土工程,2 0 0 7.1 3 TA I E B A T H A,C A R T E RJP.I n t e r a c t i o no fF o r c e so nC a i s s o n s i nU n d r a i n e dS o i l sC/I n t e r n a t i o n a lO f f s h o r ea n dP o l a rE n g i-n e e r i n gC o n f e r e n c e,I s o p e.2 0 0 5:6 2 5-6 3 2.R e s e a r c ho nh o r i z o n t a l b e a r i n gc a p a c i t yo fu m b r e l l as u c t i o na n c h o r i ns a t u r a t e ds i l tu n d e rc y c l i c l o a dS HE NGT e n g f e i3,L I U H o n g j u n1,2*,L I UC a n3(1.S h a n d o n gK e yL a b o r a t o r yo fM a r i n eE n v i r o n m e n t a lG e o l o g yE n g i n e e r i n g,Q i n g d a o2 6 6 1 0 0;2.K e yL a b o r a t o r yo fM a r i n eE n v i r o n m e n t a n dE c o l o g y,M i n i s t r yo fE d u c a t i o n,Q i n g d a o2 6 6 1 0 0;3.C o l l e g eo fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,O c e a nU n i v e r s i t yo fC h i n a,Q i n g d a o2 6 6 1 0 0)A b s t r a c t:T h eb e a r i n gp e r f o r m a n c eo f t h eu m b r e l l as u c t i o na n c h o rw a ss t u d i e du s i n gt h eA B AQU Sf i-n i t ee l e m e n t s o f t w a r e t oc o n s t r u c tm o d e l.T h eh o r i z o n t a l c y c l i c l o a dw a s a p p l i e d t o t h eu m b r e l l a s u c t i o na n c h o r.U n d e r t h ec o n d i t i o no f f i x e d l o a ds i z e,t h ed i s p l a c e m e n to f t h ea n c h o r a n dt h es t r e s sa n ds t r a i no f t h e s o i l a t d i f f e r e n t p o s i t i o n s a r e i n v e s t i g a t e d.A c c o r d i n g t o t h e a n a l y s i s,u n d e r t h e a c t i o no f h o r i z o n-t a l c y c l i c l o a d,t h em a x i m u mp l a s t i c s t r a i no f t h e s o i l a p p e a r s a t t h ep o s i t i o no f t h e t u b e s k i r t.T h e c o m-b i n a t i o no f t h et u b es k i r ta n dt h ea n c h o rs u p p o r tp l a y e dam a j o rr o l e i nt h eb e a r i n gp e r f o r m a n c e.T h el o a dc o n d i t i o n sw e r ec h a n g e dt os t u d yt h ee f f e c to fd i f f e r e n t l o a ds i z e so nt h eu m b r e l l as u c t i o na n c h o r.T h er e s e a r c hf o u n dt h a tw i t ht h e i n c r e a s eo f t h e i n t e n s i t yo f t h e c y c l i cw a v e l o a d,t h e s t a b i l i t ye f f e c t o fs k i r tw a sm o r eo b v i o u s,a n dt h i se f f e c tw a sm o r ep r o m i n e n t i nt h e l a t e rs t a g eo f c y c l i cw a v e l o a d.K e yw o r d s:u m b r e l l as u c t i o na n c h o r;c y c l i c l o a d;b e a r i n gc h a r a c t e r i s t i c s;n u m e r i c a l a n a l y s i s