桶形基础简介及试验研究

介绍了一种目前应用于近海工程建筑物的新型基础--桶形基础以及它的由来和发展,桶形基础的施工方法和应用前景.并介绍了桶形基础水平承载力和抗拔承载力试验研究情况以及试验结果.     

饱和软黏土地基中单桶形基础水平承载特性有限元研究

桶形基础作为一种新型的浅海基础形式与传统基础形式相比具有诸多优越性,但是,其与地基土体之间复杂的相互作用使得此类结构的承载机理与破坏形式始终未有明确的界定.采用三维有限元方法对单桶形基础水平承载力进行了数值计算,并将计算结果与试验数据进行比较,验证了有限元方法的可靠性.进而,通过多组变动参数比较研究,探讨了饱和软黏土地基中单桶形基础水平承载力随着土体有效重度、土体变形模量、桶体长径比的增加而增大,随着荷载作用高度的增加而减小的特性,为工程实践提供了一定的参考意见.     

扭剪荷载作用下桶形基础承载性能的弹塑性有限元数值分析

针对均质软黏土地基上扭剪荷载作用下桶形基础的破坏包络面,运用大型有限元分析软件ABAQUS进行了三维非线性数值分析.通过比较系统的数值计算与分析,分别考察了V-T、H-T、V-H-T空间内桶形基础的地基破坏模式以及破坏包络面特性,进而推导了其破坏包络面的拟合数学表达式.由此表明:(1)桶形基础在扭剪荷载作用下,以桶体中心为圆心,形成圆形塑性区,并且不断地向外扩展,距离桶体越近的区域塑性应变相对较为显著;(2)V-T、H-T空间内桶形基础的承载力性能随着桶体长径比(L/D)的增大而提高;(3)推导的破坏包络面拟合数学表达形式,可以近似地表达桶形基础的承载性能,以此评价扭剪荷载作用下桶形基础的稳定性.     

桶形基础承载力的三维弹塑性有限元分析

在经典的Drucker-Prager弹塑性本构模型基础上,通过将线性屈服准则改为抛物线型屈服准则来模拟静水压力对土体的屈服与破坏,并根据试验确定的硬化曲线建立了改进的D—P模型,使该本构模型能很好地模拟大港滩海软土的应力应变关系．利用MARC．MSC程序作为平台,建立了滩海桶形基础承载力有限元分析模型,对桶高、桶径及不同径高比的桶形基础承栽力进行分析．结果表明,实际应用时应采用径高比大于1的桶形基础．     

软黏土中桶形基础侧向极限承载力计算的简化方法

基于塑性极限分析理论的上限法极限分析模型,结合最优化方法可以求得桶形基础侧向极限承载力,并对结构相对埋深对承载机理及受力机制的影响进行了研究．根据其相对埋深,将桶形基础结构划分为3种受力模式,即相对埋深β小于0．52时的浅插式、相对埋深β大于1．2时的深插式与介于两者之间的过渡模式．针对上限法极限分析的繁琐与复杂,基于桶形基础不同埋深时的受力机制,探讨了桶形基础侧向极限承载力计算的一种简化方法,并提出了对荷载作用高度的修正．为结构整体稳定性分析提供了一种实用方法．通过大比尺物模试验验证及工程实例的计算与分析比较,进一步证明了该方法的可行性和有效性．     

不同排水条件下桶形基础上拔承载特性研究

桶形基础因其安装方便、可重复使用等优点而广泛应用于海洋工程中,在服役期间或者退役回收时会受到上拔承载力作用,准确计算桶形基础的上拔承载力是保证基础稳定工作和顺利回收的重要前提,桶形基础的上拔承载力与桶的几何尺寸、上拔速率、土体参数以及在自重等预压荷载下的固结情况等因素有关.本文采用有限元的方法对桶形基础上拔承载特性进行研究,通过对不同长径比、上拔速率、土体参数及预压荷载等影响因素进行正交组合计算,研究了其不同上拔速率下破坏模式及负压发展规律,提出归一化上拔速率vs/C_v(其中v为实际上拔速率,s为排水路径,C_v为固结系数)对桶形基础上拔过程的排水条件进行划分.根据破坏模式及抗拔力各组分比重提出了桶形基础在不排水和完全排水条件下上拔承载力计算公式,在此基础上建立了归一化的上拔承载力与桶形基础几何形状L/D、归一化上拔速率vs/C_v以及土体强度之间的对应关系,并提出了部分排水条件下上拔承载力计算方法.结合算例给出了该成果在工程上的应用步骤和方法,成果可直接用于工程设计.     

桶形基础承载性能弹塑性有限元数值分析

确定桶形基础在竖向荷载、水平荷载和力矩等共同作用下的承载特性,建立复合加载模式下桶形基础的破坏包络面,并进而依此评价海洋平台基础及地基的稳定性是桶形基础设计与施工中的关键问题.采用位移控制法和Swipe试验加载方法,分别针对单个荷载和各种荷载组合方式,在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,建立了桶形基础承载性能的计算模型,确定了桶形基础在单个荷载作用下的极限承载力与复合加载作用下的破坏包络面,利用极限平衡理论探讨了桶形基础在极限状态时的破坏机理,即桶形基础地基破坏形式或失稳模式.     

非共轴本构模型在吸力式桶形基础承载力数值计算中应用

当吸力式桶形基础承受竖向荷载作用时,其周围地基容易发生整体剪切破坏,由主应力旋转引起的非共轴现象不容忽视.基于有限元软件ABAQUS二次开发端口UMAT,将非共轴本构模型应用到桶形基础的竖向地基承载力问题的有限元计算中.结果表明,非共轴模型对地基的整体剪切破坏模式没有影响,但是对地基竖向承载力-位移曲线具有显著的软化作用,同时,对地基的竖向极限承载力具有降低作用.如果通过竖向位移来确定地基容许承载力,则非共轴模型得到的计算结果是比较安全的.     

软基桶形基础承载性能三维弹塑性有限元仿真

针对用于海洋平台的桶形基础在单调加载或复合加载作用下的承载性能,基于大型通用有限元分析软件ABAQUS,建立了桶形基础的三维弹塑性计算模型,通过比较系统的数值计算与分析,探讨了不同加载模式下软黏土土性参数和桶体长径比对桶形基础承载性能的影响效果,进而建立复合加载模式下桶形基础的破坏包络面,并依此评价海洋平台基础及地基的稳定性.结果表明：不排水抗剪强度及桶体的长径比是影响桶形基础承载性能的主要因素,而软黏土的重度是影响桶形基础承载性能影响的次要因素.     

砂土中吸力式桶形基础竖向承载性状研究

吸力式桶形基础的竖向承载力是工程设计中的重要问题,其承载力主要由桶壁摩阻力、桶尖端承载力及桶内部土体的支撑力三部分组成。在同种砂土地基中桶基础的直径、桶高以及在地基中的埋深直接影响着上述三部分力的大小。分析了桶壁摩阻力和桶尖端承载力随埋深的变化关系式,提出了计算地基承载力的解析表达式。并通过试验数据验证解析式的准确度,结果两者误差均在15%以内,所提出的解析表达式适用于地基承载力的计算。