平滑粒子流法於嵌入式拖錨貫入無凝聚性土壤軌跡與承載力分析研究

我國離岸風場開發逐漸進入-50 m至-100 m水深之過度深水區，浮式風力發電機仍可能成為我國離岸風場開發型式。浮式風機可搭配之錨錠基礎型式眾多，若考量水深條件，懸垂式繫纜搭配嵌入式拖錨(Drag embedded Anchor, DEA)為最適合之組合之一；然而，目前國內外均缺乏嵌入式拖錨於無凝聚性砂質土壤中貫入軌跡與承載力之完整分析方法。國外商用之拖錨公司自行執行之試驗成果均為保密資料，使得我國工程設計團隊難窺其設計考量，亦難以評估各類嵌入式拖錨於我國離岸風場砂質海床土壤之適用性[(Kuo et al. (2025)]。 本研究使用金秉憲(2024)嵌入式貫入砂質土壤之砂箱模型試驗成果，比較既有理論分析法及數值分析法用於分析嵌入式拖錨承載力及貫入軌跡之異同。研究成果顯示，Peng & Liu (2019)理論分析方法計算所得之貫入軌跡與金秉憲(2024)試驗成果較為相符，但該方法僅適用於縮尺模型試驗而非現地試驗尺度。而耦合尤拉–拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian Method, CEL)有限元素數值分析方法則受限於計算資源之限制，在原始模型拖曳速度下無法完成完整模擬全程。 為突破上述分析限制，本研究以有限元素數值模擬分析軟體ABAQUS/Explicit搭配平滑粒子流法(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)建立全域之嵌入式拖錨貫入砂質土壤模型，透過基本土壤力學試驗校正平滑粒子給定尺寸基本參數，並提出簡化拖錨幾何形狀之方法，以降低計算資源，再進行嵌入式拖錨砂箱模型貫入試驗模擬。分析結果顯示，SPH方法可有效降低計算資源消耗，並可完整模擬嵌入式拖錨貫入砂質土壤之全過程。然而，於承載力與貫入軌跡之預測方面，尚無法獲得與既有試驗相符之結果，顯示本模型仍有待後續改善。本研究基於分析結果提出各分析目標採用方法建議，作為工程界應用參考。