海上风电复合筒型基础粉质黏土下沉试验分析

复合筒型基础的沉放是一项关键施工过程.沉放时土体在施工负压下受到扰动,土体中土压力和孔隙水压力发生变化,对沉贯阻力造成影响.针对复合筒型基础的沉放过程,在粉质黏土中开展了大比尺模型试验.试验中监测了基础舱内压力、周围土体的土压力及孔隙水压力的变化.通过理论计算,对试验模型沉贯所需负压进行预测,并将试验施加负压与预测负压进行对比.试验结果表明:基础周围土体土压力和孔隙水压力在负压作用下均减小,且筒壁内侧土体土压力减小程度大于外侧土体;沉放过程中基础发生倾斜时,通过向高舱处抽负压可以有效调整基础的倾斜度;预测负压大于试验施加负压,当使用Houlsby提出的计算方法计算筒型基础在粉质黏土中的沉贯阻力时,摩擦系数建议取0.3.     

海上风电大直径宽浅式筒型基础抗弯特性分析

风机属于高耸结构物,承受巨大的弯矩是海上风电基础区别于其他常见结构基础的重要特征．大直径宽浅式筒型基础是适应海上风电特征荷载作用的新型基础型式．筒型基础的直径、入土深度、顸盖及侧壁厚度是控制其抗弯能力的重要技术参数．结合某海上风电工程实例,采用数值分析方法,系统研究了不同尺寸特征参数对筒型基础传递及抵抗弯矩荷载的影响,揭示了弯矩荷载作用下宽浅式筒型基础的失效模式及基础转动点位置;研究了地基承载力设计中等效均质算法的合理性．研究表明：基础抗弯承载能力随筒型基础的直径及入土深度的增加而显著增长;在弯矩荷载作用下,筒周围土体出现贯通的弧形破坏面而在基础下方土体中存在曲边三角形的稳定区;对于实际工程中的上软下硬成层土地基,经等效均质化后,将导致计算得到的基础抗弯极限承栽力明显偏高．     

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．     

流固耦合渗流模型在筒型基础沉贯中应用

根据筒型基础沉贯作用的特点，研究了适合筒型基础应用的渗流模型，并修正了物理参数动态模型．利用J2流动理论各向同性硬化原理，结合离散元方法，建立筒型基础土体本构关系．将本构关系引入到有效应力原理中，建立沉贯作用基本方程，改进沉贯阻力方程，根据质量守恒定律和流固耦合渗流运动方程来建立适合筒形基础沉贯作用特点的流固耦合渗流数学模型，并给出上述模型的定解条件．利用模型进行了实例计算，检验了模型的可用性和有效性．     

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.     

筒型基础平台冰激振动下粘性土地基软化分析

为了解决由于海冰力对筒型基础平台作用而产生地基土软化,降低平台承载力的问题,应用冰激振动理论对筒型基础平台进行了冰激振动分析,通过相应的有限元计算得到筒体周围土体剪应力的最大变化幅值,并将计算结果与对应位置土体的抗软化极限应力进行了对比分析,结果表明:土体在冰激振动软化方面是安全的。提出一种判断筒型基础土体软化可能性的新方法,该方法可以对筒型基础平台冰激振动基础的安全性作出评价,对筒型基础平台的设计起到积极的指导作用。     

复合筒型基础浮运允许压差研究

复合筒型基础分舱间允许压差对其安全运输具有重要意义,针对复合筒型基础浮运过程中允许压差问题,以某海上风电项目中复合筒型基础浮运工程为背景,基于有限元软件ABAQUS定量分析了复合筒型基础浮运过程中允许压差与基础外吃水、分舱板厚度、基础直径、内舱压强值等参数变化的影响。研究结果表明：复合筒型基础浮运过程中分舱板Mises应力最大值与允许压差最大值随外吃水和分舱板厚度的增加表现为指数增长趋势,但相对于分舱板厚度变化,基础分舱板允许压差最大值对外吃水变化比较敏感;分舱板增设加强肋对复合筒型基础允许压差最大值有20%～35%的显著提升。当允许压差最大值确定时,可以根据实际工程需要选取基础各变化参数安全组合中的最优解。     

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.     

非对称风-浪荷载下海上风电筒型基础的累积倾角研究

随着筒型基础逐渐成为海上风电基础的常用形式，其在循环荷载作用下的倾角长期发展规律备受关注．基于模型试验与原型无量纲量等效的缩比尺原则，开展了不同工况风-浪荷载耦合作用下筒型基础模型试验，得到了筒型基础在循环荷载作用下的累积倾角发展规律．试验结果表明：影响筒型基础倾角累积速率的参数随着无量纲荷载幅值的增加而增加并与荷载的非对称性无关，部分双向非对称的风-浪耦合加载工况会导致筒型基础产生更为严重的累积倾角．当循环次数和循环荷载幅值一定时，累积倾角与表征荷载非对称性的无量纲参数呈近似线性关系．根据试验数据，建立了预测不同循环荷载条件下筒型基础累积倾角的经验公式．     

海上风电四筒导管架基础下放过程试验研究

筒型基础结构下水安装过程中，将经历筒裙入水、筒内气-水置换、筒顶完全入水直至入泥到设计深度的复杂施工过程．基础下放通过浪溅区时受到砰击荷载作用，可能出现吊缆过载断裂和松弛失效现象，且下放过程基础与缆绳耦合响应，影响基础稳性．采用筒内主动存储一部分气体的下放方式，不但可以有效控制自重入泥阶段，在水中下放时，可以有效降低缆绳吊力，明显增强筒型基础下放过程中姿态的控制能力．针对海上风电四筒导管架基础下放施工过程中气-水置换关键技术，考虑筒内主动憋气的下放安装施工方法，采用动态下放和稳态响应两种形式，研究波浪环境荷载下不同初始吃水工况下气垫响应机理、基础运动特性和吊缆张力响应规律，明确施工过程中吊缆的安全性能．研究表明：筒型基础憋气下放至顶盖完全淹没前，筒内气垫压力和气垫高度线性增长，不同初始吃水工况下筒内气垫压力增长速率相同；筒型基础顶盖完全淹没前筒内气垫高度线性增长，缆绳张力变化速率大于顶盖完全淹没后的阶段；基础通过浪溅区阶段时受到波浪砰击荷载作用，气垫结构对砰击荷载存在缓冲效应；气垫结构为基础提供浮力较大，且砰击荷载作用下基础受到向上的冲击力，通过分析吊缆动态放大因子和失效因子可知吊缆未...     

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.     

气压对海上风电一步式运输安装船稳性的影响

海上风电一步式运输安装船由船体和端部两个带有风电整机的大尺度复合筒形基础组成.一步式运输安装船为非自航船,在运输的过程中通过与拖轮连接提供动力.筒型基础内部布置有分舱板,在基础内部形成7个舱室.拖航过程中,对筒形基础舱室内部充气使其起浮,与船体凹槽处顶盖板紧密接触.通过模型试验测定了两者之间的竖向压力以及拖航时船体的运动响应.试验结果表明:舱室内气压的大小会影响到筒型基础与船体接触力的变化及船体的稳性,即气压大时,筒型基础与船体接触力大,船体的稳性较好;气压小时,筒型基础与船体接触力小,船体的稳性较差.     

淤泥土中筒型基础负压电渗加固试验研究

筒型基础在淤泥土地基中要实现较高的承载能力,需对筒内淤泥土进行加固处理.通过负压法及负压电渗加固法对300mm和600mm筒径的筒型基础模型进行加固试验,结果显示在对地基仅采用抽负压处理时,筒径尺寸的变化对于土体最终处理效果基本没有影响,而相比于单一的负压加固法,负压电渗加固法对筒型基础的加固效果更为有效,尤其筒径越大电渗的作用效果越明显.分析发现负压电渗加固法存在一个有效时间点,通电时间控制在有效时间点附近可以在有限的时间内取得良好的地基处理效果,避免过多的能量损耗.     

筒型基础系缆平台沉／拔过程侧摩阻力原型测试

介绍了1999年首次安装在渤海锦州9－3地区多筒基础平台安装施工过程中的侧摩阻力原型测试研究，描述了简型基础上沉和上拔过程中筒壁侧摩阻力的测试系统和测试方法，给出了主要测试结果并与现行规范进行了对比分析，这项成果对筒型基础平台的设计和施工具有直接的参考意义。     

简型基础系缆平台沉/拔过程侧摩阻力原型测试

介绍了1999年首次安装在渤海锦州9-3地区多筒基础平台安装施工过程中的侧摩阻力原型测试研究,描述了筒型基础下沉和上拔过程中筒壁侧摩阻力的测试系统和测试方法,给出了主要测试结果并与现行规范进行了对比分析.这项成果对筒型基础平台的设计和施工具有直接的参考意义.     

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。     

四筒基平台拖航试验分析-水深影响研究

为了研究不同水深下筒型基础拖航中的运动响应,以海军某筒型基础平台为研究对象,在拖航干舷、筒的位置以及波浪条件一定的前提下,通过模型试验测定筒型基础平台在不同水深下随浪和顶浪拖航时在横荡、纵荡和垂荡方向上的加速度、筒内气压力和筒底水压力以及拖航中的拖缆力．试验结果表明,在筒型基础由浅水进入深水拖航的过程中,平台的稳定性能和操纵性能下降,且出现倾覆现象,必须降低船速和设置护航船防止漂移,且15m水深时该平台的航速不能超过1．5节（0．771m／s）,20m水深时航速不能超过1．0节（0．514m／s）．     

基于多元统计的筒型基础海洋平台拖航分析

以筒型基础海洋平台为研究对象,通过模型试验测定了不同拖航组合时的平台加速度、拖缆力、筒内气压力以及筒底水压力,并用因子分析和聚类分析对10个力学参数测试结果进行分析比较,用于筒型基础平台随浪、顶浪时最佳拖航方式的选取判别．因子分析结果表明,总方差的82％的贡献来自于前3个因子,所对应的平台x、y、z方向加速度、拖缆力、1#筒与3#筒气压力以及1#筒水压力为系缆平台拖航的特征力学参数．聚类分析结果表明,可以通过筒型基础平台拖航过程力学参数的测定来归属不同的拖航组合．     

海上风电大尺度预应力筒型基础结构预应力优化设计

应用于海上风电工程中的大尺度筒型基础为钢筋混凝土结构,中间的弧形过渡段为塔筒和筒基之间的传力过渡段,因而对其传力性能和防腐性能有着较高的要求.为优化大尺度筒型基础过渡段的传力性能和防腐性能,对基础上部弧形过渡结构施加预应力.借助有限元软件ABAQUS,对施加有预应力的大尺度筒型基础结构进行数值模拟分析.在极限荷载、交变荷载及相同的边界条件下,在弧形过渡结构上作用不同大小的有效预应力,计算各种情况下的弧形过渡结构和基础环梁受力特征,通过其主拉应力、主压应力的峰值以及主拉应力大于2,MPa的分布区域来分析结构受力性能.经过计算分析可知:弧形过渡结构在有效预应力增加到800,MPa时,继续增大预应力值,过渡结构抗裂性能趋于稳定;基础环梁在作用600,MPa有效预应力情况下,其抗裂性能最佳.在基础预应力设计中,应综合考虑两部位的受力变化趋势.有限元模拟的是有效预应力,在实际工程中,除考虑各种预应力损失外,应适当增加张拉控制应力.