粉质黏土中厚壁筒型基础静压沉放阻力研究

筒型基础是海上风电工程中出现的一种新型基础形式,因其优越的承载性能与高效的施工方式,在我国海上风电领域备受关注．薄壁单筒多舱筒型基础目前已在江苏海域成功应用,并取得良好的经济效益．为适应风机大型化与风场建设的深远海发展趋势,设计了厚壁单筒多舱筒型基础．厚壁筒型基础采用混凝土筒裙替代钢质筒裙,不仅可以进一步降低建造成本,而且可以防止钢制筒裙在建造和负压沉放过程中出现的屈曲问题．但筒裙壁厚的增加导致筒型基础的沉放阻力增长,因此贯入阻力的准确计算是厚壁筒型基础成功应用的关键．为此,开展了薄壁与厚壁结构在粉质黏土中的静压沉放试验,测量了下沉过程中的沉放阻力与侧壁及端部土压力,对比了薄壁和厚壁沉放特性的异同,校核并优化了薄壁沉放阻力计算公式的相关系数,提出了厚壁沉放阻力的计算方法．结合显式的任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,验证了有限元计算结果的准确性,开展了厚壁基础动态、连续沉放过程的数值分析．研究结果表明：壁厚的增加挤密了端部土体,使端部土压力增大,扰动了侧壁土体,使侧壁土压力减小;提出采用静力触探数据计算厚壁基础沉放阻力的方法,推荐厚壁端阻力系数和侧阻力系数分别取0.7和0.03;薄壁端阻...     

砂土中筒型基础静压下沉试验及受力特性

为了探究筒型基础静压下沉过程中筒-土之间的阻力特性,开展了3种不同口径的筒型基础在砂土中静压下的沉模型试验,测量了下沉过程中筒壁内外及筒端土压力与总的下沉阻力.基于土拱效应理论推导出筒体内壁土压力计算公式,建立了考虑筒内土塞作用的贯入力预测计算方法.研究表明,在沉贯深度达约1倍口径时开始出现土塞效应,在沉贯过程中,筒内土塞闭塞程度随口径的增大而降低,沉贯结束时各工况土塞增长率分别为65%,70%,80%.筒体内壁土压力呈双折线形式,计算值与实测值吻合较好;外壁土压力成线性增大,可用折减的被动土压力进行计算;土拱阻力占贯入总阻力比例高达70%,考虑筒内土塞作用的贯入力计算方法能够对此进行较好地预测.     

黏土中宽浅式筒型基础与地基的地震响应

我国近海地基以软黏土地基为主,在地震频发的场地中,地震荷载的作用会导致浅层黏土地基的土强度发生弱化,而宽浅式筒型基础是一种新型的海上风电基础,其入土深度较浅,因此宽浅式筒型基础对地震作用下浅层土体的强度弱化较为敏感.为研究黏土中宽浅式筒型基础与地基的地震响应规律,以实际场地中原型宽浅式筒型基础为依据,参照原型宽浅式筒型基础的1阶自振频率设计并开展了一系列离心机振动台试验,监测了宽浅式筒型基础作用下黏土地基在震中和震后的孔隙水压力响应,分析了宽浅式筒型基础和黏土地基的加速度变化,研究了筒型基础作用下黏土地基的剪应力-剪应变关系,揭示了黏土地基中宽浅式筒型基础结构与地基的动力响应规律.结果表明,地震作用下黏土地基中的超静孔隙水压力累积存在滞后效应,且位于筒型基础中心线上土体的超静孔隙水压力相对较小,宽浅式筒型基础产生的大面积附加荷载作用有利于减小黏土地基振动弱化程度;随着埋深的减小,黏土地基的加速度在ELCentro波作用下呈线性衰减规律,在SIN波作用下呈非线性衰减规律,塔筒处加速度与基础顶盖处加速度相当且峰值加速度明显小于浅层地基;基础底面以下土体的应力应变滞回圈随埋深的增加而增大,而基础底面处土体的剪应变明显提高.     

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。     

砂土中吸力筒沉贯阻力模型试验研究

利用三个不同尺寸的吸力筒单桩模型在砂土中进行安装阻力试验,模型基础在自重作用下下沉到一定深度以后,使用真空调节罐与真空泵逐级施加荷载,使其继续下沉。将试验得到的负压—沉贯深度曲线与现有理论方法进行比较,进而验证对比砂土中沉放阻力计算方法的准确性。对比分析发现,Houlsby&Byrne不考虑安装造成的应力增强的沉贯阻力计算方法最为接近试验结果。     

人工冻土融沉特性试验研究

为促进人工冻结技术在城市地下工程中的推广应用,利用自制的冻胀融沉试验装置,对南京地区典型土质进行了融沉特性室内试验.结果表明:并非所有含水土体都产生融沉.只有当土体含水率超过起始融沉含水率后才会融沉.土体融沉系数随含水率增大而增大.且淤泥质黏土、粉质黏土融沉系数随含水率增大而分段线性增大.对于非饱和土,融沉系数与干密度变化规律中存在一个临界干密度,临界千密度对应土体最小的融沉系敷.开敞型冻融时,融沉系数随温度升高而增大,封闭型冻融时,融沉系数随温度升高而减小.粉砂相对于淤泥质黏土和粉质黏土属于非冻胀融沉敏感土.     

复合筒型基础临界负压试验分析

吸力沉贯是复合筒型基础安装的关键环节之一,施加的吸力值决定安装的成败.施加吸力值过小,无法下沉,吸力值过大容易发生渗透破坏,造成安装失败.本文通过室内模型试验研究了复合筒型基础在不同深度处的临界负压,并与现有的理论公式进行了对比分析.结果表明,适用于单筒基础的临界负压公式计算得到的吸力值小于试验中测得的临界负压,SR公...     

筒型基础静压沉贯过程颗粒流模拟数值分析

筒型基础的安装过程是施工中的关键环节,是决定安装成败的关键所在.针对沉贯过程中土体变形较大的特点采用颗粒流软件建立筒型基础动态沉贯安装模型,分析了安装过程中土体位移场、孔隙率、土体应力状态等因素的变化特征,以土体位移及颗粒间接触力链变化为依据,分析了形成土拱效应的细观机理.结果表明:筒体沉贯过程中形成的土塞效应有助于土拱的形成,同时土拱效应的产生导致土体应力状态发生变化,最终宏观表现为沉贯阻力异常增大.     

海上风机复合筒型基础负压沉放调平

复合筒型基础是一种巨型宽浅式负压沉箱基础,其筒内设置分舱以对托航、沉放、调平等进行控制.渗流与负压是筒型基础重要的研究内容,而目前尚未发现对复合筒型基础的相关研究.针对复合筒型基础,通过数值模型研究了其沉放调平渗流特性,以出口水力梯度为控制条件,建立了均质砂土中临界负压计算公式,并与无分舱板情况进行比较;最后分析了土质分层和渗流"反作用"对渗流场的影响.结果表明:分舱板使筒型基础沉放临界负压降低约10%,调平临界负压随倾角迅速下降;分层土体中相对渗径变长,临界负压增大,不容易发生渗透破坏;渗流使筒内土体疏松,渗透系数变大,造成内侧土体中水力梯度减小,对土体渗透稳定起到保护作用.     

筒型基础负压沉贯中的动态物性参数

为研究筒型基础内海积土的物性参数，结合筒内沉贯土层性质及沉贯环境，应用J2流动理论和各向同性硬化原理计算沉贯过程中土颗粒的应变，考虑到土中出现贯通裂隙，应用离散元方法计算土体骨架应变,结合土颗粒和土体骨架应变，从土的孔隙率和渗透率的定义出发，推导出沉贯过程中筒内海积土物性参数的动态模型-最后，通过实例计算验证了模型和计算过程的正确性．     

筒型基础负压沉贯的物性参数动态模型

分析筒型基础负压沉贯的特点,首先,由有效应力原理和瞬时质量守恒原理确定了渗流方程和应力场方程;其次,建立了新的土颗粒本构关系,利用J2流动理论及各向同性硬化原理计算土体颗粒在渗流力作用下的弹塑性变形,利用离散元法求解土体骨架的体应变;然后,在此基础上导出了筒型基础负压沉贯流固耦合的孔隙度、渗透率等动态物性参数模型;最后,利用导出的模型进行了实例计算,检验了模型的理论性.     

高频振动沉桩的试验及数值模拟分析

目前对高频振动沉桩周边土体中超孔隙水压力变化的研究尚不全面,本文研究采用室内小结构模型试验和数值模拟分析钢管桩高频振动贯入过程中桩周土体超孔隙水压力的变化规律.研究结果表明:在测试频率范围内,桩周土体超孔隙水压力随沉桩频率的增大逐渐减小,并随距桩管壁径向距离的增大也逐渐减小;在振动沉桩过程中,桩端首先产生超孔隙水压力且...     

黏粒含量对粉质黏土土水特性影响的试验研究

粉质黏土分布广泛,其土水特性受黏粒含量影响显著。为揭示黏粒含量对粉质黏土土水特性的影响规律,采用离心机对不同黏粒含量粉质黏土进行脱水条件下土水特性测试试验。首先,制备六组干密度相同的不同黏粒含量粉质黏土试样,并通过密度计与筛分联合测定法获得试样颗粒级配曲线和黏粒含量。然后,通过调节离心机转速得到不同基质吸力对应的土样总质量与含水量,并基于Van-Genuchten模型拟合土样土-水特征曲线,进而分析黏粒含量对土-水特征曲线的影响。研究结果表明:(1)不同黏粒含量粉质黏土的体积含水率均随基质吸力增加逐渐减小且变化趋势基本一致:当基质吸力小于20 k Pa时,含水率接近饱和含水率,大于20 k Pa后含水率随基质吸力增加快速减小;(2)黏粒含量越高,粉质黏土持水能力越强,土体含水率越大,含水率受黏粒含量增加影响的程度呈现先增大后减小的趋势;(3)相同基质吸力条件下,黏粒含量越高,土体含水率越大,在基质吸力大于80 k Pa后不同黏粒含量土样的含水率相差越来越小;(4)残余含水率偏高,吸附的水分仍达到其饱和状态含水量的40%左右。这为进一步进行非饱和粉质黏土软基的水力特性评估提供了技术支持。     

低裙摩擦型吸力式基础及其可贯性对比试验

为进一步优化吸力式基础结构,减小“土塞”效应,提高吸力式基础的可贯性与承载力,文中提出了低裙摩擦型吸力式基础模型。通过室内模型试验对比研究了不同吸力式基础模型的负压（P）-沉贯量（y）曲线。给出沉贯力、沉贯阻力与沉贯量之间的关系,结合试验数据分析了不同桩型之间的差异,对比得出各类桩型的可贯性及沉贯量。结果表明,低裙摩擦型吸力式基础可贯性良好,能有效减小“土塞”效应,提高桩体承载力。     

海相人工冻土热物理特性试验研究

【目的】沿海城市轨道交通主要穿越海相深厚软土,需要大量使用冻结法施工,而该地区典型土层热物理特性是冻结法设计的关键依据。研究土质、冻融条件等因素对海相人工冻土冻结温度、热物理性质和冻融性质的影响可为该地质条件下的隧道施工提供基础资料。【方法】选取宁波地区3种典型土层,即淤泥质黏土、粉质黏土和砂质粉土,开展冻结温度和热物理参数测定,以及封闭与开放系统下冻胀融沉试验。【结果】3种土层冻结温度为-0.43～-0.23 ℃,且以砂质粉土的较高,粉质黏土的次之,淤泥质黏土的较低; 不同土层热物理性质不同,但其常温土的导热系数和容积热容量大小呈现一致性,表现为砂质粉土最大,粉质黏土次之,淤泥质黏土最小; 冻土的导热系数、容积热容量和导温系数均大于常温土,冻土导热系数为常温土导热系数的1.37～1.77倍,且颗粒越粗差异越大; 各土层冻胀率和融沉系数相差较大,冻胀率较大的土层其融沉系数也较大,表现为淤泥质黏土＞粉质黏土＞砂质粉土; 开放系统补水冻结过程下各土层冻胀率和融沉系数分别为封闭系统冻结过程不补水工况下冻胀率和融沉系数的1.23～1.88倍和1.21～1.84倍。不论是开放系统还是封闭系统,海相土体各土层的融沉过程相似,可分为缓慢融沉、快速融沉和稳定融沉3个阶段。【结论】海相土体的冻结温度、热物理性质和冻融性质与其土质、状态和冻融条件等因素密切相关,在进行海相土体冻结法设计与施工时,应充分考虑其物理特性的差异性。     

考虑静压桩挤土应力影响的室内试验研究

通过GDS应力路径三轴仪进行饱和淤泥质粉质黏土的应变保持和剪切试验,模拟静压桩沉桩过程中及沉桩后桩周土体孔隙水压力、有效应力的变化以及剪切模量的变化。研究结果表明:桩周土体的超静孔隙水压力u与应变ε、初始应力σ0有关;最大超静孔隙水压力umax与应变ε之间近似双曲线分布关系;最大超静孔隙水压力umax与初始应力σ0之间、有效应力增量?σa′与初始应力σ0之间近似直线变化关系;剪切模量G_(50)与距桩轴相对距离r/r0之间近似双曲线分布,与深度有关;归一化后的剪切模量G_(50)/G_(50∞)与深度的关系不明显,仅与距桩轴相对距离r/r0有关,7.5倍桩径之外的剪切模量G_(50)不再受到桩贯入的影响。     

基于孔压消散改进模型的土体孔隙水压力预测

固结系数在评估土体工程特性方面具有重要作用,孔隙水压力是孔压静力触探技术中评价土体水平固结系数的重要指标。目前,基于孔压静力触探试验计算固结系数的方法比较费时,为了提高孔压静力触探技术在低渗透黏土中的工作效率,本文基于不完全孔隙水压力试验数据,结合早期与后期双曲线拟合法,建立孔压消散改进模型。以上海浦东新区黏土场地为例,计算得到的孔隙水压力与时间曲线截距与斜率分别为0.943和0.003,通过比较孔隙水压力计算值与试验值得到其相关系数均大于0.99。此外,对消散时间小于消除50%孔隙水压力所需时间的数据进行预测,预测结果相关系数为0.996 7,表明本文提出的孔压消散改进模型预测孔隙水压力的精确度较高,能够节约大量工程勘察时间,能有效拓展孔压静力触探试验在岩土工程勘察中的应用。     

排水板施工对软黏土扰动的现场试验研究

通过软黏土地基上塑料排水板施工过程的孔隙水压力观测及现场十字板强度试验,研究了排水板施工前后地基土体孔隙水压力增长和消散的规律,并且从软黏土地基的有效应力变化和结构扰动等方面分析了土体强度损失及恢复过程.结果表明:单根排水板施工引起的孔隙水压力增长较小,仅对表层孔隙水压力影响大;板群的施工对4 m范围内土体孔隙水压力的增长有叠加效应;排水板施工一方面使软土地基内的孔隙水压力增长,有效应力减小,导致软土强度的降低,另一方面使地基软土结构发生破坏而引起软土强度降低;孔隙水压力的增长引起的地基土强度损失恢复较快,而结构扰动引起的强度损失恢复较慢.     

黄河水下三角洲没积物在循环荷载作用下土体中孔压变化实验研究

利用室内周期循环加载试验，对黄河水下三角洲土体中孔隙水压力的变化加以测定，通过对波浪水槽试验和动三轴试验2种方案所获数据分析认为黄河水下三角洲土体（粉土、粘质粉土、粉质粘土）存在一破坏的循环极限荷载。在小于此极限循环荷载作用情况下，土体中孔隙水压力总体呈现下降趋势，没有积累升高的过程，不同于砂土在循环荷载作用下孔隙水压力升高导致液化的情况。这一现象对判别黄河水下三角洲土体破坏机制的研究有重要意义。     

高真空击密处理软土地基的加固效果试验分析

高真空击密法解决了强夯法在加固淤泥质土地基时常会出现的"橡皮土"现象,并依托软基处理实体工程,对高真空击密法的加固效果分析进行了现场监测、室内试验、原位试验和静力触探测试。现场监测结果表明:高真空击密法能够有效地控制地表沉降、加快超静孔隙水压力消散和土体的固结,地表沉降在22天后趋于稳定,超静孔隙水压力的消散仅需15天左右;室内和原位试验表明:土体的各项物理学指标都得到了加强,土体抗剪强度的提高幅度在31%～177%之间;静力触探测试结果表明:处理后的浅层淤泥质粉土和下部粉土的锥尖阻力比处理前分别提高了12倍和2.7倍。