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。     

土体液化大变形研究进展与讨论

从土体地震液化机制出发,将土体液化大变形的物理机制总结为循环剪切下剪胀与剪缩交替作用产生的累积变形和孔压上升、强度衰减后的流动变形2种类型,对液化大变形的2种物理机制解释分别进行了论述;概括了当前土体液化大变形预测和分析方法,对研究进展进行了评述;最后,指出了土体地震液化大变形研究中存在的分歧和争议,针对液化大变形机制提出了孔压梯度驱动土体液化流动大变形的假设,并对几种典型的液化大变形现象进行了解释和讨论。     

三维水下黏质斜坡海床变形冲蚀特征试验研究

以舟山某海域的某三维斜坡海床为原型,开展一系列大型波浪港池试验,探究波浪作用下三维黏质斜坡海床的孔压响应、变形及冲蚀破坏特征。研究结果表明：当波高较小时,黏质斜坡海床内部的超孔压累积不明显,多表现为振荡孔压;当波高逐渐增大时,黏质斜坡发生由坡顶到坡脚的浅层破坏,在靠近坡脚处出现明显的黏土碎屑状堆积,海床内超孔压表现为先累积后消散,其变化规律与海床冲蚀失稳特征密切相关。     

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。     

波浪荷载引起不同埋深管线周围海床响应和液化分析

为了研究波浪荷载引起海底管线周围海床的液化问题,以Biot方程的部分动力响应模型,即u-p模型为基础建立二维埋管海床数值模型,研究海底管线及其周围海床在波浪荷载作用下的动态响应问题,波浪荷载通过孔压边界施加到海床表面.在验证模型的基础上,研究埋管海床在波浪荷载作用下的响应与液化,分析不同管线埋深下海床土的孔压、竖向有效应力和液化范围的区别,并探讨波高、海床土渗透系数和饱和度等参数的影响.结果表明:管线埋深对周围海床土在波浪荷载作用下的响应和液化影响明显;管线的存在使得管线周围海床土的竖向有效应力出现应力集中现象;波高、海床土的渗透系数和饱和度对波浪引起管线周围海床土的响应影响明显.研究结果对海底管线在海洋环境中的安全稳定提供理论依据.     

波浪荷载作用下风机桩基础与土相互作用分析

采用三维数值分析方法,建立考虑流固耦合的三维桩-土模型;同时考虑波浪作用在桩上的水平荷载和波浪对海床的直接作用,研究2种形式的波浪荷载耦合作用下海上风机桩基础与土相互作用;根据数值模拟结果,研究2种荷载耦合作用下海上风机桩基础的变形与内力分布、桩侧土体超静孔压及桩土界面接触应力的变化规律,探讨不同波浪参数对单桩基础性状的影响,并与只考虑桩受荷时的计算结果进行对比分析。研究结果表明:当考虑波浪对海床的作用时,桩身将产生附加水平位移,同时也会引起桩侧土体超静孔压和桩土界面接触应力的循环变化。     

地震荷载下大直径单桩基础承载特性影响因素分析

摘 要 海上风电机单桩基础结构简单、便于安装, 但是在地震环境下, 易出现较大的水平位移, 影响海上风电机的安全运行。为此, 对地震荷载下海上风电大直径单桩承载特性及影响因素进行分析, 以Mohr-Coulomb模型为本构模型, 采用ABAQUS构建海上风电大直径单桩有限元模型, 通过人工合成波施加地震荷载, 分析地震荷载下海上风电大直径单桩承载特性及影响因素。研究发现, 桩基入土深度增大会显著减小单桩桩顶处水平位移, 增大到一定程度后对大直径单桩水平变形的发展没有显著的影响;随着桩基直径和壁厚的增大, 大直径单桩桩基变形减小, 但是桩基壁厚增加到一定程度后, 其对大直径单桩桩基水平变形的影响不再显著。     

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.     

地基液化对边坡稳定影响的动力固结耦合分析

针对饱和砂土地基上边坡的动力离心模型试验,应用固液耦合动力有限元方法研究了可液化地基上边坡的地震响应,重点分析了地基发生的液化对边坡加速度、变形和稳定的影响规律。结果表明,在坡前水平地基内孔压增长较小,边坡下部地基内孔压增长较大;饱和地基液化导致坡脚和坡顶位移较大;饱和地基和坡脚液化导致的边坡大变形对边坡稳定性有较大影响,液化是导致边坡失稳的主要原因。     

饱和砂土地基上边坡地震动力离心模型试验研究

地震液化导致地基土体强度丧失往往对土工建筑物安全造成严重威胁.为借助动力离心模型试验研究地震液化对边坡稳定性的影响,该文采用粘度50cs的硅油作为孔隙流体,通过二步抽真空法制作具有饱和地基的边坡模型,利用不规则任意波作为地震输入进行动力离心模型试验,研究了饱和地基边坡的动力响应、动孔压变化以及坡底液化和滑坡等规律.试验表明:地震中超静孔压有明显增长,地震结束后超静孔压逐渐消散;边坡不同位置超静孔压比明显不同;饱和地基部分液化导致边坡刚度减小和土体阻尼增大从而使边坡土体的加速度明显减小.     

基于P2PSand模型的水库土石坝坝基地震液化影响分析

为了解决水库土石坝坝基地震液化导致严重坝体变形和边坡失稳等灾害,从而对水库土石坝长效安全运行造成严重威胁的问题,以某水库土石坝为例,利用有限差分软件FLAC3D 7.0及其内置P2PSand模型(practical two-surface plastic sand model),对存在地震液化地基的水库土石坝进行地震动力响应分析。结果表明：地震强度与相对密实度对水库土石坝坝基地震液化趋势影响较大,超孔压比随着地震过程的进行而逐渐增大,增大幅度约为10.46%;随着坝基地震液化程度的提高,坝体变形更明显,并且坝基边坡稳定性劣化。     

可液化土层的位置对土层-地下结构地震反应的影响

为了研究不同位置的液化土层对地下结构地震反应的影响,采用PL-Fin土体液化本构模型,使用FLAC3D进行了研究,总结了液化土层发生液化大变形时刻液化区分布、孔隙水压力与超静孔隙水压力比变化规律及差异、地下结构的位移及差异沉降规律,并与非液化场地下的地下结构地震反应进行了对比.主要结论有:当结构底部存在液化土层时,引起的结构位移最大,使结构下沉;结构两侧的土体液化会引起结构上浮,并使侧墙水平向向层间位移和顶底板竖向层间位移增加;结构整体位于液化土层中时,土体位移、结构位移和结构层间位移差都不是最大值,仅研究结构整体位于液化土层的规律存在不足;结构周围、两侧、底部、底部45°位置、左右两侧和底部45°位置以及底部和底部45°位置存在液化土层(B+C)位置共计6种工况下结构顶板y向层间位移变化规律基本一致,但车站不同位置存在液化土层,土层液化的反应和对结构的影响存在一定差异;液化大变形发生在孔隙水压力和超孔压比突增后的1~3s后,因此可由孔隙水压力和超孔压比的突变判断是否发生液化大变形.     

桶形基础及其作用下的粉质土海床失稳机制研究的试验设计

在阅读、分析以往的有关资料的基础上，结合实际的试验条件，对桶形以基础及其作用下的粉质土海床失稳机制研究的试验作出了专门设计，该设计通过配土、设计模型桶基和负压沉贯的操作过程，设置孔压传感器等实验手段，努力从土体破坏的角度，寻求负压沉贯过程中沉贯负压、沉贯阻力及孔隙水压力之间的变化关系和确定桶基的上拔力，并且指出了数据处理的基本思路，以利于课题的深入研究。     

饱和砂土地震液化机理及试验测试研究

针对地震液化对工程造成的危害,浅要分析砂土液化机理,探讨影响液化的主要因素和判别方法,对三种细粒含量的砂土进行动三轴试验,测试其动强度和孔压变化情况。发现细粒含量对动强度具有重要影Ⅱ向,细粒含量越高,动强度也越高;动应力大小对孔压增长也有较大影响,动应力越大,试样易出现轴向应变过大而破坏,破坏时孔压比越小。     

饱和尾矿砂动强度和残余变形试验研究

尾矿砂的动力特性对尾矿库的地震反应分析有重要影响。通过对中线法尾矿库的饱和底流尾矿砂和饱和溢流尾矿砂开展动三轴试验,研究了两种尾矿砂的液化强度、动孔压特性以及残余变形特性。试验结果表明:相同固结条件下,底流尾矿砂的抗液化强度要比溢流尾矿砂的高;底流尾矿砂液化动孔压发展呈"上升—平稳—上升"的趋势,溢流尾矿砂的液化动孔压发展为线性稳定增加;当固结围压和动荷载较小时,沈珠江残余变形模型能很好地反映两种尾矿砂的残余变形发展规律。此外,还得到了两种尾矿砂的动强度指标、动孔压模型参数,以及沈珠江残余变形模型参数,这些参数可用于中线法尾矿库的动力稳定性数值计算。     

福州市橘园洲防洪堤有限元液化分析研究

针对福州市橘园洲防洪堤的K4+000断面和K6+260断面的饱和砂基进行液化稳定分析,采用动剪应力对比法进行液化判别.地震剪应力采用考虑动孔压的上升对动剪切模量的修正作用的三维二相非线性有限元法计算,抗液化剪应力采用动力试验确定相应的参数引入经验公式进行修正计算,得到了各断面下的液化分布图.     

南水北调中线工程砂土地震液化和变形破坏动力数值分析——以漳河河漫滩段为例

砂土液化问题一直是土动力学与岩土地震工程研究领域的重要课题之一.基于南水北调中线一期工程总干渠漳河河漫滩段工程,通过现场和室内试验获取岩土体的动力学参数,利用岩土数值分析FLAC3D软件,砂土本构模型选为Finn模型,输入近场地邯郸台记录的实际地震波,对渠基砂土地震液化和渠道变形破坏特征进行了动力数值分析.结果表明,在地震作用下,超静孔隙水压力最大值位于渠堤底部砂土层中,但渠堤底部砂土层由于初始应力较大,其孔压比不高,不会发生液化;在渠道底部以及渠堤外侧坡面平台至坡脚局部区域土体虽然超孔隙水压力较小,但有效应力小,超孔压比反而大,砂土层发生了液化;在地震作用下变形主要发生在渠堤和浅层地基土里,具有对称性;渠堤边坡的变形破坏主要表现为在渠堤顶面发生震陷和拉裂破坏,在坡脚处发生水平侧向流动和挤压隆起变形.计算过程中,在渠堤及地基的不同位置设置监测点,得到了地震作用过程中不同位置处超孔隙水压力、有效应力和位移的动态变化规律.通过剪应变增量判断,在地震力作用下渠堤及地基中形成了贯通的剪切滑动面,易发生整体滑动破坏.研究成果对南水北调砂土液化特性的认识和防治有一定的意义.     

尾矿粉土液化后的大变形特性试验研究

利用GDS动三轴试验系统研究尾矿粉土液化后的变形特性.首先对饱和尾矿粉土进行振动使其液化,再施加静力荷载;分析了固结围压、相对密度、加载速率等因素对变形与孔隙水压力的影响,研究了饱和尾矿粉土液化后的流动变形与孔隙水消散的变化规律.结果表明:不排水试验条件下,固结围压、相对密度对尾矿粉土液化后的流动变形特性影响明显,而加载速率的影响较小;加载试验的最终孔压比一般介于0.7~0.9之间,相对密度对孔压消散过程的影响大于围压的影响.根据试验结果提出了描述尾矿粉土液化后变形特性的三参数模型,并进行了模型参数的拟合计算及模型验证和对比,结果表明该模型具有良好的适用性.     

核电防波堤地基的有效应力法液化及变形分析

针对田湾核电防波堤工程,利用FLAC3D有限差分程序对其进行液化及变形分析.通过施加两种不同的地震加速度峰值进行动力计算分析,得出防波堤地基在不同部位的超孔压比值以及有效应力值的大小,据此判断砂土地基的液化特点以及液化区域.计算结果表明:砂土层较厚的区域超孔压比值接近于1,有效应力趋近于0,液化现象严重.最后基于液化的结果,提取动力计算结束后的变形云图,总结防波堤的震后残余变形规律.     

海上风电机宽浅式筒型基础渐进破坏研究

海上风电的吸力筒基础在服役过程中受到来自风、浪、流、地震和船舶停靠带来的水平荷载作用,从而使吸力筒基础产生平移和转动地基变形,这种地基变形累计会导致结构整体失稳破坏。宽浅式吸力筒基础埋深较浅,基础-土体相互作用机理与传统浅基础不同。因此,在极限载荷作用下基础的渐进破坏机理尚不明确。利用土工离心机对不同筒径比的宽浅式吸力筒基础进行试验,分析了基础在砂土中的水平极限承载特性。基于Abaqus有限元模型,进一步分析了吸力筒基础的渐进演化失效模型,揭示了破坏过程中矢量旋转中心位置变化曲线,提出了考虑旋转中心位置变化的水平极限承载特性计算模型,为宽浅式吸力筒基础设计提供参考。