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。     

吸力式沉箱基础抗拔破坏标准研究

为了得到吸力式沉箱基础的抗拔破坏标准,针对长径比为4的吸力式沉箱基础开展了倾斜抗拔承载力模型试验。试验中考虑了不同荷载作用角度的影响。试验结果表明:荷载作用角度较小时,吸力式沉箱基础的荷载-位移曲线可分为位移平缓段和突变段,且有明显的拐点。依据荷载-位移曲线上的拐点所对应的位移,提出了一个确定吸力式沉箱基础破坏位移的公式。对于荷载作用角度为90°的情况,吸力式沉箱基础被拔出前发生的位移非常小,无法用位移来判断吸力式沉箱基础是否发生破坏,建议从控制外荷载大小的角度预防其破坏的发生。     

承压螺旋桩斜向荷载试验与极限荷载判定分析

桩基础所受外载荷并不是单一方向的载荷,如输电塔结构,在承受竖向压力的同时承受着水平载荷作用,导致基桩受到斜向压荷载作用,该种条件的桩基础极限载荷的确定对结构设计的安全性极为重要.为此,开展承压螺旋桩基础斜向荷载的试验研究工作.模型试验采用1#(叶片距宽比为3.14)和2#(叶片距宽比为5)2种桩型,1#桩型试验5次,2#桩型试验4次,2组共计9次试验.承压螺旋桩斜向荷载试验表明:①本次试验桩顶水平位移较竖向位移大了1个数量级,螺旋桩基础的竖向承载能力并未得到充分发挥,竖向分量限制了背载侧叶片对地基向上的压缩作用,从而提高了基础抗水平载荷的能力.②叶片间距增大时(1#<2#),荷载-位移曲线表现出更为明显的非线性特征,1#和2#桩受载侧地基表面均出现放射性裂纹;1#桩背载侧地基表面沿桩体外径开裂,2#桩的背载侧出现似"拔出体".③可采用F-ΔX0/ΔF方法、S-LogP方法,并根据荷载量变化、桩土相互作用和桩周材料的变形阶段确定螺旋桩基础的斜向极限载荷;本次试验1#桩的判定极限荷载为327.93 N,2#桩为348.06 N.     

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.     

循环加载条件下吸力式沉箱基础极限承载力特性分析

循环加载模式下吸力式沉箱基础的拉拔承载性能目前尚缺乏合理的分析与计算方法.应用Andersen等对重力式基础及地基所建议的分析方法,将软土的循环强度与Mises屈服准则相结合,针对吸力式沉箱基础,采用大型通用有限元分析软件ABAQUS进行了三维拟静力有限元分析,确定了循环加载模式下吸力式沉箱的循环承载力及其破坏包络面,并与单调加载作用下沉箱基础的极限承载力及其破坏包络面进行了对比.结果表明,与单调加载情况相比,循环加载作用下吸力式沉箱基础的拉拔承载能力显著降低,而沉箱长径比对基础循环承载力降低效应的影响不大.     

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...     

裙结构对裙式吸力基础水平承载性能的影响

通过饱和细砂中裙式吸力基础的水平单调加载模型试验,探究了裙结构对基础水平承载力及土压力分布的影响。结果表明:不同加载高度下,与传统吸力基础相比,裙式吸力基础水平承载力显著提高,有效控制了基础的水平位移,且基础水平承载力随着裙高、裙宽的增加显著增加;不同条件下基础的归一化荷载-水平位移关系曲线可用同一公式表示。基础周围土压力的发展与基础的水平位移有密切联系,相比于裙宽对土压力分布的影响,裙高的变化对于主桶周围土压力分布的影响更为明显。此外,根据净土压力沿深度方向的分布规律,确定水平荷载作用下基础转动点约位于0.6~0.7倍的主桶埋深处。     

斜向水平荷载作用下钢筋混凝土柱受剪承载力有限元分析

为研究钢筋混凝土框架柱在斜向水平荷载作用下的受剪承载力和破坏机理,采用混凝土三维亚弹性正交各向异性本构关系模型(既适用于比例加载又适用于非比例加载)和旋转型弥散裂缝法(旋转裂缝垂直于主拉应变方向),应用非线性有限元法进行分析,并与试验值进行了比较.结果表明:计算值与试验结果吻合较好;斜向水平荷载作用方向对矩形截面不等肢配箍钢筋混凝土框架柱受剪承载力的影响符合椭圆规律.     

外荷载作用下的软黏土电渗试验

为改善软土地基的固结排水效果,对联合使用电渗固结与预压排水技术进行了电渗试验。对于不同黏土试样,同时施加恒定的75 kPa外荷载和0～20V外电场,研究在耦合作用时的渗透出流变化。试验结果表明:与仅有外荷载作用相比,在耦合作用下表现为阳极渗透出流量减小、阴极渗透出流量增大、总渗透出流量增大;阳极渗透出流量的变化与电压大小无直接关系;耦合作用能提高饱和黏土的排水速率,特别是在外加电压较高时,电渗固结效果较为明显。     

长期循环荷载作用下饱和软黏土的应变速率

为探讨长期循环荷载作用下饱和黏土的变形性状,对珠江三角洲的典型淤泥质饱和软黏土进行了室内循环三轴试验,重点研究了饱和黏土的残余应变速率.通过对试验结果的分析发现:在长期循环荷载作用下,黏土的应变速率随时间延长而减小,应变速率对数与时间对数间的关系可用直线描述;初始静偏应力与动偏应力的耦合作用以及不同的排水条件对黏土的残余应变速率有较大影响.文中结果为长期循环荷载作用下饱和黏土变形机理的进一步研究提供了理论基础.     

老黏土地基承载力的试验研究

湘江两岸广泛分布着老黏土,为了在该地区能有效利用老黏土地基的高承载力,编制相关规范,节约工程造价,通过原位测试、直剪试验和力学指标查表等方法确定地基承载力,并进行比较和分析,分别建立本地区承载力的理论值、原位测试值与力学指标确定值之间的线性回归关系.图2,表5,参5.     

双点异向循环荷载下吸力式四桶型基础承载特性实验

吸力式桶型基础安装简便、施工周期短,有利于节约成本,在海上风电行业的应用逐渐增多.但实际海洋环境复杂多变,风、波浪荷载的作用方向往往不尽相同.考虑到实际工程中可能出现的此类复杂海况,进行了不同荷载夹角下的双点循环荷载模型实验.选取某海域原型土,探究四桶型基础结构在不同风、浪夹角的循环荷载作用下的承载性能,研究在不同工况下基础承载性能的变化规律.结果表明,当两类荷载存在一定的荷载夹角时,基础处于更危险的状态;建议在该地质条件下,当风机处于正常服役状态时,考虑不同的循环荷载夹角对四桶型风机基础承载性能的影响.     

条形基础下砂黏土双层地基极限承载力预测模型的不确定性分析

实际工程中常见砂—黏土双层地基,在这种分层地基的极限承载力问题上传统的太沙基承载力公式不再适用.工程中常用的条形基础下,砂—黏土双层地基极限承载力半经验计算方法可能会提供不可靠的预测.文中采用一种基于极限分析上限解的方法——不连续布局优化(DLO)对砂—黏土双层地基的极限承载力进行了计算.在传统地基承载力公式的基础上引入了承载力折减系数,给出了不同工况下该系数的设计图表.基于DLO的计算结果,提出了一个可适用于取值范围广泛的几何和土体强度参数的多项式回归公式.基于文献中条形基础下,砂—黏土双层地基极限承载力计算结果对所提出的简化公式进行了验证和不确定性分析.     

确定循环荷载作用下吸力锚承载力的塑性上限法

塑性上限分析法是计算静荷载作用下吸力锚极限承载力的一种方法,依据塑性上限分析原理,为了计算静荷载与循环荷载共同作用下吸力锚的承载力,建议了一种基于塑性上限分析理论计算静荷载和循环荷载共同作用下软黏土中张紧式吸力锚循环承载力的方法.该方法首先假定在静荷载作用下吸力锚的破坏模式,并依据静力平衡原理计算静荷载在土体中产生的平均剪应力,然后依据循环强度与土体平均剪应力和循环破坏次数的相互关系确定相应的循环强度,将循环荷载对土体的作用转化成土体强度的变化,再假定吸力锚在循环荷载下的破坏模式与静荷载作用下其破坏模式一致,并依照塑性上限分析原理和土体的循环强度计算强度变化后的承载力.为了验证该方法的合理性,进行了1g条件下的吸力锚模型试验,并应用该方法对模型试验结果进行了预测,预测结果与试验结果吻合较好.     

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.     

柱腹板在横向荷载作用下的性能分析

利用ANSYS程序对钢柱腹板连接节点进行有限元分析,建立柱腹板连接节点的分析模型,并对其应力分布进行了详细分析。基于弹性理论和屈服线模型建立了薄膜法计算模型,推导出柱腹板在横向荷载作用下承载力的计算公式。     

湛江组结构性黏土中单桩水平承载性状试验研究

选取材质和桩径相同、桩长不同的3组模型桩,采用单向多循环加载法,在湛江组结构性黏土中进行单桩水平静载现场试验。通过对试验数据的处理,得到桩顶的水平荷载-时间-水平位移(H0-t-Y0)曲线、水平临界荷载Hcr、水平极限承载力Hu以及单桩的桩身弯矩、桩身剪力、桩侧土抗力沿桩入土深度的变化情况。分析结果表明,在水平荷载作用下,湛江组结构性黏土中具有相同材质、相同桩径的单桩,其水平临界荷载Hcr和极限承载力Hu与入土桩长呈正相关关系;桩身弯矩、剪力和桩侧土抗力的最大值均随着入土桩长的增加而增大;桩身弯矩和桩身剪力主要集中在桩身上部,最容易发生剪切破坏的部位在桩顶处;湛江组结构性黏土中单桩的桩侧土抗力沿入土深度呈不完整的S形分布,且其最大值出现在地平面附近。     

地铁荷载下软黏土微结构与宏观变形的相关性

针对地铁荷载下饱和软黏土的宏观变形,从微观试验出发,采取定量化的试验手段,以上海地区地铁行车荷载作用下的饱和软黏土为研究对象,将其宏观变形与各微观结构参数进行相关性分析.从振动前后各微观结构特征参数的变化出发,辅以电镜扫描分析,揭示了地铁行车荷载下隧道周围土体产生宏观变形的机理及发展趋势.为预测软土地区地铁运营引起的地基沉降提供了有益的参考.     

地铁变频荷载循环作用下饱和软黏土累积塑性变形

地铁在地铁站附近的加减速运动会对地基土产生一定的影响.土体经过倾斜削样后使用动三轴进行不排水动力测试以研究地铁进出站作用下进出站距离、加速度、动应力幅值及固结围压对饱和软黏土累积塑性变形的影响.结果表明:进出站变频荷载循环作用下软黏土累积塑性应变曲线可大致划分为爆发增长-较快增长-逐渐稳定3个阶段.距地铁站越近、动应力...