组合荷载作用下裙式吸力基础承载特性数值分析

采用数值模拟的方法,对等质量下裙式吸力基础和传统吸力基础组合荷载作用下的承载特性进行分析,探讨主桶高度、裙高度以及裙宽度的变化对基础竖向承载力、水平承载力、弯矩承载力以及组合承载力的影响,得到了基础荷载位移关系曲线及周围土体隆起范围,分析了隆起的影响因素。研究发现裙的宽度是竖向承载力的主控因素,而主桶高度及裙高度是水平承载力和弯矩承载力的主控因素,并得到了组合荷载下吸力基础破坏包络线及其公式。研究成果可供工程设计参考。     

基于模型试验的上拔过程中裙式吸力基础内部负压及荷载——位移变化

基于1-g模型试验,研究裙式吸力基础在饱和细海砂中的抗拔承载特性,及不同加载速率、裙结构尺寸对基础抗拔承载力和主桶以及裙内负压变化的影响。试验结果表明:裙式吸力基础底部的上拔破坏形式与传统吸力基础顶部密封时基础的底部破坏形式相同,也为局部拉伸破坏。增大裙高和裙宽均可增大裙式吸力基础的极限抗拔承载力,且增大裙宽对裙式吸力基础的极限抗拔承载力增大比较明显。裙式吸力基础上拔承载力,使得主桶被动吸力以及裙内被动吸力同时达到极限值。裙式吸力基础的主桶被动吸力不随裙高的增大而增大,但随着加载速率的增大,裙式吸力基础主桶被动吸力和裙内被动吸力均明显增大。     

吸力式桶型基础水平静力加载试验承载特性与稳定性分析

吸力式桶形基础由于其经济、可重复利用、安装方便、适用性强等特点被广泛利用于海上风电基础.本文通过饱和细砂土中吸力式桶型基础水平加载试验,运用无量纲化的分析方法对试验结果进行分析,探究了不同长径比对吸力式桶形基础的水平承载特性的影响,发现随着基础长径比的增大,其水平承载力与桶顶极限位移量均增大;分析了基础桶壁受力前后侧土压力随深度以及水平荷载的分布规律;利用位移分析法和土压力分析法计算转动点位置,对比发现两种计算方法得到的基础转动点位置均位于0.6~0.9倍的桶高之间;揭示了加载过程中基础转动点位置随长径比增大向上移动的变化规律.     

倾斜荷载作用下裙式吸力基础承载特性研究

开展数值模拟,研究了裙式吸力基础在倾斜荷载作用下承载特性,讨论了不同加载点位置以及加载角度对基础承载特性的影响。研究表明,裙式吸力基础抗拔承载力随加载点位置下移,呈现出先增大后减小的趋势;当加载点位于基础顶面以下2/3倍基础高度时,基础抗拔承载力最大。载点位置固定时,基础抗拔承载力随着加载角度的增大逐渐降低;当加载方向为垂直时,基础极限承载力最小。此外,裙式吸力基础转动点的位置随加载角度增加逐渐下移下降。     

砂土中裙式吸力基础复合承载特性数值模拟

海上风电基础在服役过程中,长期受到上部结构传递的竖向荷载以及风、波浪等产生的水平荷载及倾覆力矩作用.这些荷载同时作用于基础,导致基础的复合承载特性复杂.针对海上风电裙式吸力基础开展数值模拟,研究裙式吸力基础在复合加载条件下的承载能力:在复合加载条件下,裙式吸力基础的承载能力更大;随着裙结构宽度和高度的增大,裙式吸力基础的复合承载力逐渐增大;绘制了吸力基础在二维复合荷载(竖向荷载-水平荷载、竖向荷载-弯矩荷载、水平荷载-弯矩荷载)作用情况下的破坏包络线图形以及在三维复合荷载(竖向荷载-水平荷载-弯矩荷载)作用情况下的破坏包络面,得到了裙式吸力基础破坏表达式,可指导工程实践.     

裙式吸力基础抗拔过程中的渗流特性

饱和砂土中的吸力基础在拔出过程中,基础内外产生的孔隙水压差会引发渗流。采用有限元数值模拟分析了传统和裙式吸力基础在上拔过程中有关渗流场特性的分布规律。结果表明:传统吸力基础周围,土体孔压随时间逐渐消散而有效应力逐渐增加;水头等势线在桶内分布密集且呈层状,桶外部分布稀疏;在桶底端部渗流速度梯度曲线呈现多重圆弧包线桶尖端处渗流速度最大。裙式吸力基础与传统吸力基础在土体孔压、有效应力的变化趋势及水头等势线分布规律上基本一致,只是大小发生了变化。裙式吸力基础的水头损失主要存在于主桶内部和裙结构内部。裙结构对渗流有较大影响,裙结构内部渗流速度远大于主桶内部渗流速度;裙的增加使渗流路径变长,导致裙式吸力基础主桶内最大水流势能、渗流速度均小于传统吸力基础。     

黏土地基中斜向荷载作用下吸力式沉箱的承载性能试验研究

为了研究黏土地基中斜向荷载作用下吸力式沉箱的承载性能,开展了一系列室内模型试验,分析了斜向荷载作用下吸力式沉箱基础在不同角度和不同加载位置的极限承载力及荷载-位移变化规律.通过ABAQUS建立了吸力式沉箱基础的斜向受荷三维数值模型,分别采用长径比为3和6的模型探究了加载位置对基础极限承载力的影响,进而确定了沉箱基础最优系泊点的位置,并基于极限包络线方法提出了斜向荷载作用下吸力式沉箱基础极限承载力的计算方法.结果表明：当荷载方向与水平向的夹角小于30°时,加载位置深度对基础极限承载力的影响较大;当荷载方向与水平向的夹角大于45°时,加载位置深度对基础极限承载力的影响较小.在基础承载力受加载位置影响较大的斜向荷载角度范围内,随着荷载角度增加,其对应的最优系泊点位置有所上移.     

砂土中吸力式三筒基础水平承载特性试验研究

通过一系列小比尺模型试验对吸力式三筒基础水平荷载作用下的承载特性进行了研究,分析了长径比、荷载作用方向和筒间距对吸力式三筒基础承载力影响,试验包括3个长径比、3个荷载作用方向以及3个不同筒间距.试验结果表明:不同工况条件下得到的吸力式三筒基础荷载-位移曲线特性有所不同.相同筒重、不同筒间距下,增大筒的长径比有利于提高水平承载力,但在基础失稳前,沉箱基础模型水平位移随长径比的增加而增大.荷载作用方向对吸力式三筒基础联合工作区域影响显著,荷载最有利方向为0°,此时对应的联合工作效应区域最大;最不利方向为60°,此时筒-土间的联合工作效应最弱.相同尺寸和荷载方向条件下,随着筒间距的增加,承载力有不同程度的上升,长径比越大,承载力增加幅度越明显.     

循环荷载下粉土中吸力基础承载特性试验研究

针对我国东海海域的粉土海床工况,基于模型试验,研究了循环荷载下吸力基础的荷载-水平转角响应规律,分析了吸力基础水平刚度与水平转角的相关特性,并建立了海上风力发电机使用寿命中吸力基础累积转角与循环次数的关系式。结果表明：循环荷载下吸力基础周围粉土的变形呈增加趋势,刚度随循环次数的增加而减小;加载或卸载过程中,吸力基础转动中心均呈明显的上移趋势,这将加速吸力基础的倾覆;卸载刚度与循环次数遵循对数增加关系。     

扭剪荷载作用下桶形基础与土相互作用机理模型试验

基于室内模型试验分析方法,研究不同长径比的桶形基础结构在扭剪荷载作用下的破坏机理.结果表明:模型试验与数值计算结果吻合较好;随着扭剪荷载施加量的增大,桶形基础旋转角度不断增加,两者近似直线变化;荷载量急剧变化,旋转角度增幅迟缓;当扭剪荷载达到某一值时,荷载量增加缓慢,旋转角度急剧变化,两者近似直线变化.研究结果还表明:桶体内、外壁土压力分布均为对称形式,并且桶体内壁土压力大小由桶顶部向底部逐渐增大,桶体外壁土压力基本相同;桶形基础在扭剪荷载作用下,地基底部形成圆环剪切破坏,桶体周围以桶轴线为中心,产生旋转剪切变形,逐渐向周围扩散.     

桩长对单桩沉桩阻力和承载力特性影响的模型试验

静压桩的应用越来越广泛,为明确桩长与沉桩和承载力特性之间的关系,基于室内模型试验,对砂土中不同桩长的模型桩沉桩全过程进行了分析研究。采用振弦式压力计、微型土压力盒和高精度位移计对沉桩时的压桩端阻力、卸载后的桩周土压力和桩体回弹量进行测量,揭示了桩长与单桩沉桩和承载力特性的关系。试验结果显示,利用端阻计有效测得沉桩过程中的压桩端阻力,在600mm深度范围压桩端阻力随沉桩深度和桩长的增大而近似线性增大的特性。微型界面土压力盒对桩周土压力的测量揭示了随桩长的增大卸载后的桩周土压力逐渐趋近于被动土压力,但在某一深度位置卸载后的桩周土压力随沉桩深度的增大而降低的变化规律。采用高精度位移计较准确测得卸载过程中的桩体回弹量,得到了桩体回弹主要发生在竖向与桩长有关,并且回弹量相对较小,约为桩长的0.35%。此外,桩体加载过程中沉降随加载变化的速率与桩长相关,桩体的极限承载力随桩长增大而非线性增大。研究结果对于进一步明确桩长对沉桩特性和桩体极限承载力特性的影响机理具有重要工程意义     

土工格栅加筋土陡防护堤的试验

对某土工格栅加筋土陡防护堤进行现场试验研究,分析施工期及竣工后一季度期间的加筋体底部竖向土压力、反包体背部侧向土压力和土工格栅拉筋应变分布规律.试验结果表明:土工格栅加筋土陡防护堤底部垂直土压力在横断面上呈非线性分布,路堤中心附近与坡脚附近的平均垂直土压力相差不是很大;堤中心垂直土压力比不加筋的减少了20%以上;不同高度处的格栅应变沿筋长方向呈非线性分布,格栅最大应变不超过4%;反包体后侧向土压力沿堤高呈上小下大的非线性分布;底部垂直土压力、侧向土压力、格栅应变在工后两个月,趋于稳定;安全稳定的土工格栅加筋土陡防护堤是可行的.     

一种节裙的设计方法

论述了节裙长度、宽度之间的关系，据此提出了一种节裙结构的设计方法．     

箱简型基础防波堤结构受力模式及合理尺度

防波堤向深水区域发展时,抛石堤、抛石基床和半圆体混合堤等传统结构基底宽度呈倍数增加,同时还必须对软土地基进行处理,工程造价大幅上升．针对天津港淤泥质软土地基情况,开发了一种不需要进行地基处理的防波堤结构——箱筒型基础防波堤结构．本结构由插入到地基土中的箱筒型基础结构和上部的挡浪结构组成,利用周边软土的黏聚力和摩擦阻力来保证结构的抗滑和抗倾稳定性,利用插入埋深来提高基底的承载力和整体稳定性,可预制且可重复利用．对结构抗滑、抗倾和地基承载力稳定性系数进行了计算研究,得出了优化的合理结构尺度,为箱筒型基础防波堤的实际工程应用奠定了基础,也为软土地基上新型深水防波堤的计算模式提供了借鉴．经比较,采用箱筒型基础防波堤结构较其他方案节省工程投资25．8％．     

圆形基础的临界荷载和形状系数

基于圆形荷载下地基中任意一点应力分量的弹性力学公式和Mohr-Coulomb极限平衡理论计算出最大塑性区深度达到1/4基础直径对应的临界荷载.通过圆形与条形基础临界荷载的比较,进一步得到了圆形基础界限荷载的承载力系数和形状系数.将这些形状系数与已有的各种极限荷载形状系数进行比较,发现与黏聚力和埋深有关的形状系数略小于极限荷载中的数值,与基础宽度有关的形状系数与极限荷载中的数值差距较大,建议按偏小的Meyerhof形状系数取值.算例表明:圆形基础临界荷载相对于极限承载力的安全系数与条形基础界限承载力相对于极限承载力的安全系数大致是匹配的.     

黄土地区沉井井壁土压力研究

以西安市交通项目北三环雨水工程沉井为研究对象,对沉井的下沉全过程进行了实时监测,根据大量现场实测资料,深入分析了实测土压力与主动土压力和静止土压力的关系,得出了黄土分布地区沉井下沉不同深度时井壁土压力的大小及分布规律,以及简便易行的计算方法和经验公式。     

密肋复合墙板在粮食平房仓中应用的可行性分析

密肋复合墙板结构是一种节能、抗震的建筑结构新体系,根据国家墙体材料革新规划,结合目前粮食仓房建筑新型墙体材料研究欠缺的特点,提出将密肋复合墙板结构引入粮仓建筑,对密肋复合墙板的粮食侧压承载力及变形等进行了计算,并将密肋复合墙体与普通黏土实心砖墙体的受力性能进行了对比,就密肋复合墙板在平房仓应用的可行性进行分析论证,分析表明密肋复合板结构应用于粮仓建筑是可行的.     

砂袋挡土墙宽度对承载特性影响的试验研究

为了探讨砂袋挡土墙宽度是挡土墙设计过程中的关键因素,直接影响挡土墙的整体稳定性,通过砂袋挡土墙在墙宽分别为40、60、80 cm条件下的室内模型试验方法,研究了砂袋挡墙墙后填土沉降规律、墙面水平位移分布和墙背及墙内土压力分布规律。试验结果表明,砂袋挡土墙墙后填土沉降与墙体宽度成正相关;水平位移随墙宽度的增加逐渐减小,所以增加挡土墙宽度可以提高其整体稳定性;土压力随墙高度的增加先增加到最大值而后逐渐减小,成鼓型分布,距离墙背越远,土压力越小,随墙高度变化越不明显;可见砂袋挡土墙宽度对其承载特性具有较大的影响。     

Numerical analysis on bearing capacity of middle pylon caisson foundation of Taizhou Bridge

Because of the computation difficulty of the bearing capacity of large underwater caisson foundation on thick overburden layer ground, the geotechnical software FLAC3D was utilized in the 3D numerical analysis on the bearing capacity of middle pylon foundation. From the computational results, it is concluded that the caisson foundation has a good bearing capacity on thick overburden layer ground and the bearing capacity can be improved assuming that the soil near the area of basal corner is reinforced.