随着世界经济的发展,各国对海洋领域的探索也逐步开展起来了。在广阔的海洋中,各种各样的海洋工程结构物的数量日益增多。在海洋开发的四五十年里,海洋工程也从最初的近岸领域进军到深远海领域。为了测量收集海洋环境的数据资料,浮标系统得到了广泛的应用。在海洋浮标系统中,系泊系统是其重要组成部分,尤其在深远海工作的浮标,浮标锚系的配置和结构形式是保障浮标正常工作的关键部分,是制约海洋开发水深的主要因素。海洋观测浮标需对水下一定范围内的剖面进行测量。要达到一定的定深要求,需要系泊系统构型合理,同时在布放时能够保持此设计构型。要达到这一要求,锚位点的实际水深与设计水深不能有太大的偏差。由于在设计计算时,设计水深一般依据海图上的数值,而该值与实际布放水深往往存在一定的偏差。为了克服传统深海浮标布放中的这一问题,本文中提出了两种用于深海浮标的可释放式重力锚系统型式,并对方案进行了对比。为了达到上述目标,本论文进行了如下的工作:(1)系泊系统和锚固基础受力分析。对于系泊系统所受环境荷载进行了分析,包括风荷载、波浪荷载、流荷载等的计算方法。利用迭代方法编写MATLAB程序计算得到了系泊系统的张力。(2)可释放式重力锚系统设计。根据环境荷载计算得到的锚固基础受力,提供了两种用于浮标的可释放式重力锚系统方案。第一种利用重力锚的水下自重打开破断螺栓,使锚链从锚链箱中释放。第二种利用重力锚水下自重启动伺服压力缸,触发锚链控制系统,释放出锚链箱中的锚链。(3)重力锚水平承载特性的研究。采用室内模型试验方法,对重力锚在粘土上的水平承载特性进行了研究,得出平底重力锚和八键重力锚在不同强度土体条件下的水平承载特性。采用ABAQUS有限元数值软件对重力锚系统进行了模拟,探究了本设计的重力锚承载特性,并进一步对锚固基础的设计进行了优化。通过对重力锚的室内模型试验和系统的有限元分析,得出以下结论:(1)根据深海浮标的特点和特殊需求,本文提出了一种可释放锚链的重力锚系统结构形式,其由锚链箱和重力锚组成,在浮标布放遇到实际水深大于设计水深重力锚无法抵达海底状况下,可自动释放出锚链箱中的锚链,使重力锚抵达海底,为上部结构提供承载力。(2)本论文提出的重力锚的形式受其结构影响,在不同的状态显示了不同的水平承载特性。当锚链不释放时,相当于串锚状态,锚链箱和重力锚同时提供水平承载力,底部土体隆起;当锚链释放时,锚链箱失去大部分重量,主要由重力锚提供水平承载力,重力锚下方土体变形较大。(3)在锚链不释放状态下,锚链箱和重力锚形成串锚状态,两者之间锚链长度变化时,对系统承载力将产生影响。锚链从0.2m增加0.5m时,水平承载力基本保持不变。锚链长度从0.5m增加到1m时,水平承载力有小幅度降低。锚链从1m、3m增加到10m时,水平承载力呈现先增加后基本保持不变趋势。