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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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.     

砂土中吸力基础抗拔承载力的影响因素分析

通过饱和细海砂中吸力基础的上拔模型试验,探究了上拔速度、基础长径比对基础内部负压以及基础抗拔承载力的影响规律。研究结果表明:随着上拔速度的增大,基础内部负压及抗拔承载力均增大,随着拔出高度的增加,桶内负压先增加、后减小、最终趋于稳定。极限状态下,吸力基础的竖向位移随加载速率以及基础长径比的增加呈增大趋势。     

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.     

基于极限平衡法的单桶多隔舱结构防波堤稳定性分析

借助ABAQUS软件,采用拟静力法分析结构在水平力下的运动模式及作用于基础桶土压力随水平荷载增加的变化规律。结果表明,结构在水平力作用下绕某点转动,转动中心随荷载增大而改变,极限状态下处于结构中轴线位置;作用于基础桶的土压力可分为主动、静止和被动3个区域。在此基础上,推导了适用于该结构稳定性分析的极限平衡法,鉴于其部分假定导致一定的误差,相比于数值模拟结果,极限平衡法计算值平均偏大20%~25%,但2种方法得到的抗倾覆安全系数随土性、结构参数变化发展趋势基本一致。     

循环荷载作用下海上风机桶形基础力学响应数值分析

对于循环荷载作用下黏土地基上桶形基础的力学响应进行了比较系统的三维有限元分析.在分析中,采用组合硬化模型模拟不排水条件下黏土的动态行为.首先对黏土地基上浅基础的离心模型试验进行了有限元模拟,数值计算结果与模型试验比较吻合,从而表明采用组合硬化模型来描述循环荷载条件下黏土的不排水力学响应是可行的.然后探讨了桶土界面接触情况及黏土强度的非均质性对于桶形基础在位移控制加载模式下的力学响应的影响,揭示了不同长径比的桶形基础地基在不同幅值循环荷载下的失稳破坏机制.进而初步分析了3.5MW海上风机桶形基础在风、波浪荷载联合作用下的位移发展规律.计算结果表明,在小幅值循环加载时,反力弯矩与转角之间的关系曲线接近于弹性响应,而在较大幅值循环加载时,其关系曲线形成了明显的滞回圈,且滞回圈的形状与界面接触情况有关;长径比较小的基础设计在承载力方面满足要求,但是其在一定次数循环荷载作用下基础顶面中心的转角已超过允许值.     

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。     

平动模式下挡土墙非极限主动土压力计算方法

针对平动模式下的挡土墙,同时考虑墙后滑裂部分土体所产生的土拱效应以及土层间的剪应力,并引入墙体位移量与土体内外摩擦角非线性的函数关系,利用水平层分析法,得到了平动模式下挡土墙非极限主动土压力强度、合力大小、合力作用点高度的理论公式。相比其他方法的理论值与试验值吻合得更好。参数敏感性分析结果表明:土压力强度随位移比、内摩擦角增大而减小;随外摩擦角(墙土摩擦角)的增大,其值在墙体上部略微增大,下部明显减小;土压力合力系数随位移比、内外摩擦角增大而减小;土压力合力作用点高度随外摩擦角的增大而增大,而位移比与内摩擦角对其影响甚微。     

平动模式下挡土墙非极限主动土压力研究

针对平动模式下的挡土墙,同时考虑墙后滑裂部分土体所产生的土拱效应以及土层间的剪应力,并引入墙体位移量与土体内外摩擦角非线性的函数关系,利用水平层分析法,得到了平动模式下挡土墙非极限主动土压力强度、合力大小、合力作用点高度的理论公式。相比其他方法,本文理论值与试验值吻合得更好。参数敏感性分析结果表明：土压力强度随位移比、内摩擦角增大而减小,随外摩擦角(墙土摩擦角)的增大,其值在墙体上部略微增大,下部明显减小;土压力合力系数随位移比、内外摩擦角增大而减小;土压力合力作用点高度随外摩擦角的增大而增大,而位移比与內摩擦角对其影响甚微。     

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。     

吸力式沉箱基础考虑土体流变效应的p-y曲线法

为了考虑土体流变效应对吸力式沉箱基础承载特性的影响,通过建立理想弹塑性p-y曲线法中土抗力系数与时间变量之间的关系,提出了一种考虑土体流变效应的吸力式沉箱基础长期性能分析方法.基于2组不同水平荷载作用下的长期模型试验,采用Matlab拟合土体参数试验数据,获得关于时间变量的理想弹塑性p-y曲线模型,并采用该方法对模型试验结果进行分析.结果表明:在长期模型试验中位移与土压力发展主要集中在试验前期,后期位移与土压力稳定需要更长时间,土体流变效应较为明显.理论计算值与实测值随时间变化规律类似,理论计算结果与试验结果相差8%左右,说明长期水平荷载下考虑时间因素的p-y曲线计算结果能较好地吻合试验值.     

考虑墙背倾角的挡土墙地震主动土压力研究

根据前人提出的土体内外摩擦角随土体位移逐渐发挥的理论,综合考虑绕墙趾转动的位移模式与地震力对土压力的影响,利用水平层分析法推导了挡土墙地震主动土压力沿墙高分布、合力及合力作用点高度的理论公式,分析了墙体位移量与地震加速度系数对土压力分布、最危险滑裂面倾角、合力作用点高度及主动侧土压力系数的影响.分析结果表明,土压力强度呈非线性分布,所得主动土压力合力经简化之后与Mononobe-Okabe理论相同,滑裂面倾角随地震系数增加而减小,合力随地震系数增大而减小,主动侧土压力系数随墙背倾角和地震系数的增大而增大.经有限元软件模拟验证,本文计算所得结果与模拟所得土压力分布曲线变化趋势基本吻合.     

基于三剪强度准则的非饱和土库仑主动土压力

基于三剪强度准则,结合非饱和土抗剪强度理论,推导得到考虑多种因素影响的挡土墙库仑主动土压力表达式。该式考虑土体非饱和因素,更合理地反映中间主应力在土体强度中的作用,可用于复杂情况下的土压力计算,经算例验证了其推导合理性。相关影响因素分析表明,土压力计算值随三剪强度参数b的增大而减小;随基质吸力的增大非线性减小,而随基质吸力角的增大呈线性减小趋势,其中基质吸力变化对土压力影响较为显著。应用该式,合理确定相关土体参数,可优化设计,提高经济效益,为非饱和土地区工程实践提供了参考。     

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.     

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。     

关于修正剑桥模型预测负孔隙水应力的评析

在吸力锚和桩靴等海洋基础结构的上拔问题中,负孔隙水应力是抗拔阻力的重要组成部分,开展相关研究具有重要的科学意义和工程价值.修正剑桥模型不但可以合理地解释超静负孔隙水应力产生的机理,而且可以计算三轴卸荷过程中孔隙水应力的发展变化规律.通过开展高岭土地基桶形基础上拔室内模型试验,研究了总上拔力和超孔压随时间的变化情况;结合数值模拟,用修正剑桥模型计算卸荷对负孔隙水应力的影响,分析了上拔过程中负孔压分布特点;总结高岭土土体中受上拔速率影响的上拔承载力试验,并引入归一化速率对试验结果和数值计算结果进行分析,评析并量化了修正剑桥模型在预测负孔隙水应力时的适用条件.研究表明:负孔隙水压力在上拔初期主要集中在桶体下部和内部土体,对应的最大位移出现在桶裙底部;当上拔位移较大时,最大负孔压出现在桶内土体中;随着上拔位移的增大,土体中超静负孔压区域逐渐变大,同时桶形基础外侧土体发生向桶内的水平向位移.修正剑桥模型计算得到的超静负孔隙水应力小于模型试验结果,造成计算误差的主要原因为:剑桥修正计算模型是通过较低速率的三轴试验得到,其速率远远小于模型试验,从而低估了卸荷速率对负孔隙水应力的影响;修正剑桥模型预测负孔压的适用条件为归一化速率低于70.