冲刷对海上风力机单桩基础水平承载特性的影响

大直径单桩是用于海上风力机的一种典型基础形式.波浪与海流引起的桩基冲刷会削弱桩基的承载能力而危及结构安全.本文建立了模拟桩基与土体相互作用的三维有限元数值模型,并用试验结果对模型进行了验证.基于数值计算结果获得了一系列典型砂土及桩基参数下的桩土相互作用p-y曲线,拟合得到适用于砂土的大直径单桩基础p-y曲线参数化表达式.冲刷所致的桩基埋深变化可导致桩基变形向刚性桩模式转变.数值分析结果表明,刚性桩变形模式下桩基底面和桩基侧壁切向的土阻力对桩基承载力产生重要影响,而目前仅考虑桩土间水平作用力的p-y曲线法所预测的桩基变形偏大.对于距冲刷后泥面同一深度处的土体,p-y曲线的斜率随着局部冲刷深度的增加而逐渐增大,变化规律与基于离心机实验结果一致.随着冲刷坡角的减小,局部冲刷坑周围土体对桩基的约束逐渐弱化,p-y曲线修正方法中参数f的取值也逐渐减小.     

软粘土中水平荷载模型桩的试验研究

对水平静力荷载作用下软粘土中导管架海洋平台桩基的模型进行了试验研究.用多项式拟合法和加权残值法(WR)对试验数据进行处理,得到了土抗力的分布,并对两种方法进行了比较.将利用加权残值法得到的p-y曲线与API建议的软粘土p-y曲线进行了比较,并根据试验数据用折减系数法对API建议的软粘土p-y曲线进行了修正.研究结果表明,加权残值法比多项式拟合法得到的土抗力分布曲线更合理,试验软粘土的p-y曲线在泥面附近处低于API建议曲线,由修正的p-y曲线得到的模型桩的数值分析结果与试验值吻合较好.     

软粘土中水平荷载模型桩的试验研究

对水平静力荷载作用下软粘土中导管架海洋平台桩基的模型进行了试验研究。用多项式拟合法和加权残值法(WR)对试验数据进行处理,得到了土抗力的分布,并对两种方法进行了比较。将利用加权残值法得到的p-y曲线与API建议的软粘土p-y曲线进行了比较,并根据试验数据用折减系数法对API建议的软粘土p-y曲线进行了修正。研究结果表明,加权残值法比多项式拟合法得到的土抗力分布曲线更合理,试验软粘土的p-y曲线在泥面附近处低于API建议曲线,由修正的p-y曲线得到的模型桩的数值分析结果与试验值吻合较好。     

粘土中水平受荷桩基计算方法

对黏土中实测p-y(水平抗力-水平位移)曲线方法进行总结和计算,认为该方法对于试验桩基和弯矩拟合函数的依赖性强,且形式复杂,普适性差.选用简单的理想弹塑性p-y曲线模型,并采用m值和统一极限抗力作为模型参数,对黏土中的水平受荷桩进行分析.与Matlock实测p-y曲线模型进行对比分析,证明理想弹塑性模型适用于不同直径桩基,尤其是大直径桩的计算.通过实例对比分析,证明了该模型适用于不同土性的黏土场地中桩基的计算.     

深水喷射井口结构套管水平承载力

提出了喷射结构套管管周扰动土体的抗剪强度增长规律的表达式,分析了扰动土体抗剪强度的增长对API建议的软粘土p-y曲线、管身土抗力和弯矩分布、管身挠曲变形及结构套管水平承载力的影响。研究结果表明：喷射后管周扰动土体的抗剪强度与时间对数近似呈线性关系;随着时间的增加,软粘土p-y曲线的极限土抗力和初始斜率逐渐增大,但增大的幅度逐渐减小;结构套管水平承载力也与其时间对数呈线性关系。     

深厚软黏土地基中大直径单桩基础现场水平受荷试验及 p-y 曲线适用性研究

基于某海上风电场开展的单桩水平受荷特性现场试验,研究了深厚软黏土中2.4. m 大直径钢管桩荷载-位移响应、桩身挠度及桩身弯矩规律;探讨了m法、 API 规范法和双曲线型p-y曲线在软黏土地基中的适用性,并建立数值模型对不同直径单桩基础的水平承载力贡献因素进行分析。结果表明: API 规范法与双曲线型p-y曲线在浅层土中p-y曲线初始刚度与桩周土抗力偏大,双曲线型p-y曲线在一定深度下能够较好地预测土反力随位移的变化关系,m法与双曲线型p-y曲线计算得出的水平位移较实测值偏小,结果偏向不安全, API 规范法计算结果相比实测值较大,计算结果较为保守;随着桩径增大,单桩基础的侧摩阻力和基底抗力对水平承载力贡献也会随之增大,双曲线型p-y曲线会严重低估单桩的水平承载力。     

软土地基中风机单桩基础累积侧向位移分析

为研究软土地基中近海风机大直径单桩基础在长期受荷时的累积侧向变形问题,基于室内循环三轴试验,建立考虑孔压累积的软黏土刚度衰减模型。通过对ABAQUS进行二次开发,在有限元分析程序中建立刚度衰减模型,并引入门槛循环应力比对不同应力水平的土体分区计算。研究结果表明:在刚度衰减模型中采用门槛循环应力比作为是否考虑孔压累积的标准更符合真实情况;当循环荷载较小时,桩身泥面位移在一定循环次数后趋于稳定;当荷载幅值超过一定值后,桩身泥面位移迅速发展,且不再稳定;当桩基埋入深度较小时,增加桩基埋深能有效降低桩身侧向位移。     

饱和砂土中桩基的振动台试验

确定地震荷栽作用下液化土层中桩的p-y特征参数,是客观评价此时桩水平承载特性的关键．通过饱和砂土中桩基的大型振动台试验,获得了不同相对密度砂层液化时的桩身弯矩和桩顶重物的加速度．根据试验结果,提出利用对静力p-y(p为相互作用力,y为相对位移)曲线进行折减,得到液化砂土中桩的水平承载特性的方法,进而应用非线性文克尔地基梁模型,计算了砂土液化时的桩身弯矩．若砂土的相对密度为20%～40%时,把静力p-y曲线折减为原来的0．1,作为液化砂土的p-y曲线．数值计算的桩身弯矩与试验结果比较一致．     

冲刷现象对海上风力机单桩基础水平承载性的影响

结合涠洲海域某风电场项目的工程实例,建立了海上风力机单桩基础的桩土有限元模型,采用p-y曲线法探讨了冲刷坑对单桩水平承载性的影响,分析了不同冲刷深度对支撑结构动力学特性的影响规律.研究结果表明,无冲刷现象时桩身的最大弯矩会出现在海床以下5 m左右;当冲刷深度为1 m时,桩身最大弯矩出现的位置也下降1 m.当冲刷深度小于1.3倍桩径时,基桩整体的位移、弯矩、应力均缓慢上升.当冲刷深度到达2倍桩径时,基桩的固有频率会降低1.8%.     

考虑P-Δ效应的陡坡段桥梁双桩结构受力分析

深入分析了陡坡段桥梁桩基受力的P-Δ效应形成机理.依据土压力理论与弹性地基梁理论,通过对坡体剩余下滑力和土体抗力的合理简化,建立了陡坡段桥梁双桩结构体系的桩土相互作用模型.在此基础上,导出不同特征桩段微分方程的幂级数解答,从而提出了一种可考虑P-Δ效应的陡坡段桥梁桩基受力计算方法.与文献算例对比分析表明了该方法的合理性.最后,对双桩结构内力与位移的影响因素及其敏感性进行了探讨,结果表明:前桩P-Δ效应的影响不容忽视,当桩顶荷载水平及地基抗力比例系数相同时,后桩桩身最大弯矩比前桩大,且最大弯矩作用面均位于边坡滑动面附近,陡坡上的桥梁桩基同样具有嵌固深度效应.     

边坡段水平受荷桩桩前土抗力折减效应的模型试验研究

为解决由于边坡存在造成的土抗力折减问题,开展了黏性土中平地及不同边坡条件下的基桩水平加载室内模型对比试验.试验结果表明,两种工况下水平受荷桩的荷载变形曲线及内力变化规律基本一致,但位于坡体上的基桩的承载能力明显折减,而该折减效应与边坡角度及桩位于边坡的位置紧密相关.进一步量化分析了土抗力折减效应的影响因素,提出了折减效应与桩位于边坡的位置和边坡角度的定量关系.在此基础上,通过对坡体上极限土抗力和初始刚度的合理修正,建立了可考虑边坡处土抗力折减效应的水平受荷桩的p-y曲线计算公式.理论计算值与已有的试验结果的对比表明两者吻合较好.     

软基中桥头路基对邻近桥桩的影响分析

软土地基中桥头路基填土造成了软土层不断被压缩和被侧向挤出,对邻近桥桩产生侧向压力,并导致桩身挠曲,使之成为被动桩。在各国学者的研究成果基础上,建立FLAC3D数值模型,进行被动桩与土体相互作用分析,从桥头路基的填筑高度、速率、软土层的压缩模量以及路基距离等因素对邻近桥桩力学性状进行探讨,得出了路基填筑对邻近桥桩桩身位移、弯矩和桩侧反力的变化规律,并提出了有效的处理措施。得出的结论和规律对施工方案的确定和预测施工过程中出现的问题,具有一定的指导作用。     

粘土中横向荷载桩的P－Y曲线法评述

在分析了目前世界上流行的各种粘土横向荷载桩Ｐ－Ｙ曲线法的基础上，从理论和应用上指出了本文作者提出的Ｐ－Ｙ曲线法与其它各种方法的差异，经过对比，得出了这种新的Ｐ－Ｙ曲线法更适用于粘土中横向荷载桩的分析和计算这一结论。     

考虑桩土接触面特性的水平受荷单桩数值分析

采用数值方法研究了桩土接触面特性对水平受荷桩受力特性的影响,并通过对工程实例的分析验证了计算方法的有效性.实例分析表明,设置接触面对于正确模拟桩土受力特性有较大影响.计算所得的桩身弯矩和位移曲线表明,水平受荷桩的入土深度有个临界值,桩身过长对提高水平承载力无明显作用.     

水流强度对淹没式方桩局部冲刷特性的影响

为研究不同水流强度作用下淹没式方桩的局部冲刷特性及流场变化,开展了非均匀沙条件下的桩基局部冲刷试验,分析了桩周的冲刷地形、冲刷深度变化规律;利用OpenFOAM对不同水流强度下的桩周流场进行了模拟,讨论了桩前马蹄涡、桩周回流和下降水流的分布特点。结果表明:在清水冲刷条件下,桩周的冲刷坑深度、沙丘高度和受冲刷影响区域大小均随水流强度的增大而增大;在平衡冲刷地形下,高水流强度冲刷后桩周流动更加复杂,冲刷坑内的涡流强度大幅度提高;当水流强度接近1时,粗颗粒泥沙对细颗粒的屏蔽效应会在一定程度上影响桩周最大冲刷深度。     

冲刷作用下单桩循环加载特性的模型试验

通过模型试验对高铁桥梁单桩基础进行静载试验和循环加载试验,探讨了不同冲刷深度下单桩循环累积沉降和动位移幅值的发展规律.研究结果表明:桩基循环累积沉降随冲刷深度增加而增加,对于冲刷深度较小的桩,循环累积沉降和沉降平均速率在较少的循环次数内即可趋于稳定;而对于冲刷深度较大的桩,循环累积沉降大且发展较快,达到稳定需要的时间长,甚至持续发展以致破坏,在实际工程中应重视长期循环累积沉降对其承载特性的影响.     

不同应力历史条件下软黏土强度时效特性

采用恒定剪切速率的室内试验,对经历不同应力历史的天然软黏土的不排水强度时效特性进行了研究,探讨了软黏土不排水强度的时效特性、有效应力路径、不同应力历史的影响和软黏土应变速率变化对不排水强度的影响规律和影响程度.为了消除土体各向异性对试验结果的影响,对同一土样采用了变剪切速率的试验方法.土样在剪切前,采用了不同应力路径进行固结.试验结果表明,在三轴压缩条件下,剪切速率每提高10倍,不排水抗剪强度平均提高9.7%;三轴拉伸条件下,剪切速率每提高10倍,不排水抗剪强度平均提高7.2%.