斜压荷载作用下输电塔扩底桩稳定性数值分析

为研究输电塔扩底桩基础在斜压荷载作用下的稳定性,采用ABAQUS有限元软件,结合塔基实际受力特点,并考虑桩土接触条件,建立了桩土体系三维实体模型,对斜压荷载作用下输电塔扩底桩稳定性进行了数值分析。结果表明,随荷载倾角的增大,桩基由于桩侧土体抗力不足逐渐表现为倾覆失稳;加大各土体强度参数对提高桩基极限承载力效果显著;软弱下卧层的存在及持力层厚度的变化仅对荷载倾角小于10°时桩基的稳定性有影响。因此,运用数值模拟分析方法探讨及预测桩土的承载能力具有易行性。     

组合荷载作用下扩底基础地基土体破坏模式及滑动面几何特征分析

上拔稳定性分析是输电线路杆塔基础优化设计的关键,直接影响线路工程的安全运行及经济造价。目前电力行业标准DL/T5219-2005给出了原状土扩底基础上拔承载力"剪切法"计算公式,然而该公式是基于仅仅承受竖向荷载作用下上拔土体呈对称状的圆弧形回转面的假设条件下得出的,而实际基础同时承受水平荷载作用,并对基础的稳定性产生非常大的影响。针对这一问题,基于弹塑性理论,采用有限差分方法,对戈壁滩地基土中扩底基础地基土体的变形破坏进行了数值分析,提出了地基土体达到极限平衡状态时的判定准则,并分析得出上拔和水平组合荷载作用下扩底基础周围土体滑动面几何形态的概化模型。该研究成果可为输电线路杆塔基础上拔承载力计算方法的修正和完善提供理论依据。     

海洋循环荷载对吸力桶基础水平承载力的影响研究

海上风电吸力桶基础在25年服役期内,海洋循环荷载作用下桩土相互作用与桩周土状态改变,导致其水平承载力改变。为了研究循环荷载对吸力桶基础水平承载力的影响,该文在砂土地基开展模型试验,介绍吸力桶基础和地基建模方法以及砂土地基的制备和测试。根据水平极限承载力试验结果和循环荷载参数设计循环加载试验,得到吸力桶基础的累积转角随循环次数的增加而增加,增速随之降低。通过对循环加载后的吸力桶基础开展水平单调加载试验,并与水平极限承载力对比。结果表明:循环荷载作用下桩周土趋于致密化,从而导致砂土地基中吸力桶基础的水平承载力增加;水平承载力随循环荷载幅值比和循环次数的增加而分别呈线性和指数增加,随循环荷载对称比的增加呈线性减小,并给出相应的归一化计算公式,为吸力桶基础工程设计提供不同循环荷载作用后的水平承载力计算方法。     

输电塔角钢斜插式基础抗倾覆稳定性数值模拟分析

为了解不同深宽比的输电塔角钢斜插式基础在上拔力与水平力组合荷载作用下的位移趋势及土体塑性区扩展的过程,以及深宽比对基础抗倾覆稳定性的影响,采用数值模拟方法进行计算。结果表明,对角钢插入式基础整体倾覆过程进行数值模拟分析时,可将基础周围土体出现部分塑性屈服时作为失稳的临界时刻。上拔力与水平力组合荷载作用下土体塑性区皆出现在基础底板的一角,地基破裂面具有不对称性,可采用置换基础底板角点土体的地基改良方法来提高桩土体系抗倾覆承载力。适当增加基础深宽比,提高基础嵌固程度是提高基础稳定性的有效措施。     

长期循环荷载作用对大直径单桩水平承载特性的影响分析

海上风力机结构体系长期经受波浪、风等水平循环荷载的作用,循环荷载的长期作用会引起桩周地基土体产生棘轮效应及形成密实沉陷区,研究长期循环荷载效应对风力机单桩承载特性的影响规律具有重要的工程意义。基于有限差分软件FLAC^3D计算平台,建立风力机单桩的数值计算模型,与既有桩基试验开展对比验证模型的有效性;随后引入长期循环荷载效应引起的桩周密实沉陷简化模型,开展海上风力机大直径单桩的承载性能对比研究,探讨考虑与未考虑密实沉陷区时桩基的变形、弯矩、p-y(土体抗力-桩基水平位移)曲线的差异,分析长期循环荷载效应对桩基承载特性的影响规律。结果表明,密实沉陷对单桩的刚性转动点位置基本无影响,但在桩基埋置的浅层区域,桩周密实沉陷区对桩基水平位移影响显著,且引起桩基弯矩发生突变。     

大型风力机圆形扩展基础倾覆破坏机理分析

为研究以坡积土为持力层的风电基础在风荷载作用下的倾覆破坏机理,以2 MW装机容量的圆形扩展基础为研究对象,基于ABAQUS有限元软件对该基础的室内1∶10缩尺模型的地基土应力和基础沉降进行计算研究。同时利用该基础的缩尺模型试验结果验证数值模型的可靠性。研究表明:随机风荷载引起的地基土应力的扩大效应和不均匀沉降的扩大效应,是导致风力机基础出现倾覆破坏的主要原因;当受强风荷载作用时,迎风侧基础边缘的土体首先进入塑性区,发生屈服破坏,导致上覆土体隆起,基础倾覆破坏就会随之发生。建议在进行风电基础设计计算时,对风力机基础中轴线上的相对沉降验算点处的沉降乘以合适的沉降扩大系数,以保证基础结构安全稳定。     

水平荷载下高层建筑结构数值分析模型

研究了水平荷载下高层建筑结构—桩筏基础—地基共同作用的问题,对整个结构进行了三维数值分析。把有限层法和桩基规范中的m法相结合,通过数值分析手段建立了水平荷载下高层建筑结构——桩筏基础——地基共同作用分析模型。针对一具体建筑进行了对比计算,共同作用方法与常规方法相比对上部结构的水平位移及框架柱内力的影响。通过分析对比,得出了有益的结论。本文应用Matlab编程,总体刚度矩阵一次生成,运用迭代法求解。     

风化砂掺量及上覆荷载对改良膨胀土的影响试验

鉴于公路膨胀土路基的合理覆土深度的确定是膨胀土路基设计的一个关键问题,以小溪塔至鸦鹊岭一级公路改建工程膨胀土路基处理为背景,对采用风化砂改良后的膨胀土做了膨胀力试验及在不同上覆荷载作用下的有荷膨胀率试验,即对原膨胀土及膨胀土中掺入10%、20%、30%、40%、50%的风化砂,分别在杠杆式标准固结仪上做膨胀力试验,并在杠杆式标准固结仪上按0、12.5、25.0、37.5、50.0、75.0 kPa做六级加载试验。试验结果表明,随着风化砂掺量的增加,膨胀力显著下降,同一掺砂比例下掺砂土的膨胀率与上覆荷载常对数呈线性关系,同一上覆荷载作用下掺砂土的膨胀率随掺砂比例的增加先增大后减小,可推断不同深度处膨胀土可能发生的变形量,进而确定工程上处理膨胀土时需覆土的深度。     

软土地基水闸裂缝成因分析及处理方法

针对在软土地基上建造水闸时施工期存在温差、自生体积和干缩等变形,加上土压力、渗透压力和外部荷载等共同作用,闸体极易开裂甚至失稳,分析了水闸混凝土裂缝产生机理,可有效防止裂缝的产生.     

地面光伏电站管桩基础极限承载力的模拟计算

针对光伏地面电站管桩基础与土体相接触的受力特性,采用有限元方法模拟管桩基础的极限承载力,并对最不利情况下管桩的安全性进行分析。结果表明:桩顶施加极限许可位移后,土体水平承载力能满足要求;考虑竖向力比水平力大时的最不利情况,管桩对土体的最大接触压力小于粉质粘土层的承载力特征值;地面电站管桩-土体接触作用分析时,应根据实际结构及当地土质等特点,对管桩基础极限承载力做出准确判断,指导后续设计。     

单桩海上风机灌浆连接的抗震性能研究

在地震作用下,灌浆连接段的稳定性直接关系到风机结构的安全。为了探讨灌浆连接的抗震性能,文章以5 MW单桩风机为研究对象,采用OpenSees和ANSYS软件分别建立风机结构及灌浆连接有限元模型;以最不利的地震动为输入,同时考虑风和波浪耦合作用分析灌浆连接的受力及反应。结果表明,地震动使风机灌浆连接处产生较大荷载作用,容易使灌浆层出现高拉应力,导致灌浆材料拉裂,致使灌浆连接失效;地震动强度较小时,风和波浪荷载对灌浆连接受力影响较大,随着地震动强度增大,风和波浪的影响逐渐减弱。风机灌浆连接的抗震设计,应重点分析灌浆层的震动破坏,并充分考虑风和波浪的荷载效应。     

海上风机钢管单桩基础轴向承载力研究

针对海上风电基础形式中的钢管桩基础,采用ABAQUS软件进行三维有限元数值计算,通过计算桩顶荷载与桩顶沉降的关系,研究了钢管桩基础在单向荷载作用下的极限承载力特性,并对桩径、桩内土体压缩模量、桩外侧土体的内摩擦角等参数对轴向极限承载力的影响进行了敏感性分析,确定了钢管桩基础在单向荷载作用下影响轴向极限承载力的主要因素。     

顶部灌浆导管架桩基在黏土地基中的竖向承载特性研究

[目的]顶部灌浆导管架桩基是海上风电导管架在黏土海床中的一种新型基础应用型式。由于灌浆段能承担部分载荷,其受力变形机制与管桩有显著差异,现有设计常忽略基础中各部分的承载力分担情况,仅当空心管桩处理,忽略了灌浆段的作用。[方法]文章对比了现有海洋桩基础和中尺度基础的承载力计算公式,分析了不同公式对顶部灌浆导管架桩基的适用性;采用有限元方法建立了黏土海床中的顶部灌浆桩基数值模型,通过与现场试验、离心模型试验结果对比验证模型的有效性;最后基于有限元结果分析了适用于顶部灌浆桩基的竖向承载力计算公式,探究了不同地层强度分布和不同长径比下的基础承载特性与分担规律。[结果]结果表明：对于不同表层强度的强度线性增加土层,随着表层强度的增加,灌浆段承载力也随之增大,但灌浆段承载力占比逐渐减小;在相同土层情况下,随着桩基入土深度的增加(长径比的增大),灌浆段承载力占比也逐渐减小。[结论]综上所述,灌浆段的存在可以增加导管架桩基的竖向承载力,对于导管架桩基工程的优化具有参考意义。     

筒型基础过渡段结构承载及传力特性研究

复合筒型基础是目前应用于海上风电工程中的一种新型基础型式,基于有限元方法对2种典型型式的过渡段结构进行计算分析,具体研究在单调极限水平及弯矩荷载作用下弧线型和直线型过渡段基础受力承载特性及传力性能。计算结果表明:单调水平及弯矩作用下直线型和弧线型2种基础极限承载力基本一致;基础上部过渡段型式对于基础承载力及地基破坏模式影响不大;弧线型过渡段结构破坏位置与曲率半径有关,施加预应力可调整结构拉压平衡,对于传力特性及承载力基本无影响,弧线型基础传力性能优于直线型基础。     

亭子口重力坝坝基水荷载处理方式及效果

基于ABAQUS并结合工程实例分析了亭子口重力坝坝基水荷载处理方式及效果。结果表明,由于未考虑地基内部渗透压力,在地基表面施加水压力所计算出的竖向应力偏小,剪应力差别不大;单独施加渗流体积力与考虑渗流对应力场的影响两者结果较接近,后者稍大;不同水荷载加载方式下竖向应力和剪应力的分布趋势不变,应力值有所变化。     

边坡防护中排架微型桩组合结构受力研究

弹性地基梁理论应用的基本条件是土体为稳定体,且排架微型桩组合结构对不稳定坡体有改善作用。在弹性地基梁理论基础上,借鉴一般微型桩水平承载力的计算思路,以拟静力法计算施加地震荷载,在考虑桩土作用的情况下,以四种基本计算模型建立排架微型桩组合结构的计算公式,并通过实例计算探讨了排架微型桩组合结构的内力及对地震力的特殊反应。结果表明,排架微型桩组合结构中,后排桩的存在为前排桩提供了一个稳定的抵抗滑坡推力的条件,同时连系梁的存在将桩与桩间土体组合在一起,充分发挥了土体的抗剪能力,提高了结构的抗滑能力,削弱了地震力对边坡稳定的影响,提高了工程的安全性。     

密实度对桩端承载力影响的离散元分析

为探究土体密实度对桩基的滑动面和破坏机理产生的影响,采用PFC3D软件模拟浅埋条件下的单桩在密实和松散砂土中的载荷试验,从微观角度揭示密实和松散两种状态对桩端承载机理的影响。结果表明,在桩端承载力与沉降位移的关系曲线中,密实地基的桩端阻力存在明显的峰值并出现沉降软化,松散地基的桩端阻力不断增大;通过颗粒速度场随桩体位移的变化,密实地基的破坏面与MEYERHOF G G提出的破坏面类似,松散地基的破坏面与VESIC A S提出的冲剪破坏面和局部剪切破坏面类似;通过颗粒位移场随桩体位移的变化,密实地基桩端附近土体发生侧向挤压和隆起而松散地基桩端土体仅发生严重的侧向挤压;通过分析地基破坏后的颗粒接触力,密实地基的力链有沿桩端向桩端以上的地基边界和桩身发展的趋势,松散地基的力链集中在桩底以下并向下传递;通过孔隙比和应力状态随加载过程的变化可知,密实地基发生土体剪胀,松散地基发生土体剪缩。     

三筒吸力式导管架基础循环承载特性研究

为研究长周期循环荷载对多筒导管架基础水平承载力的影响，在砂土地基中开展物理模型试验，考虑循环加载次数、循环幅值比及对称比等因素为变量，对基础在循环加载后的水平单向极限承载力进行分析。结果表明：随着循环荷载幅值比和循环次数的增加，基础周土的致密性得到有效提高，进而增强了水平极限承载力。同时循环荷载对称比的增加会减小基础的水平承载力。说明水平单调承载力受循环荷载极值差的影响，差值越大对于基础周土的致密化效果越好，水平承载力越大。     

海上风电单柱复合筒型基础复合加载条件下的承载特性

为研究新型海上风电单柱复合筒型基础在二维复合加载条件下的承载特性,利用有限元模型计算,首先得到模型在一维荷载空间下的极限承载力,随后通过施加不同的竖向荷载,得到在V-H、V-M、V-H-M荷载空间下的承载能力包络图,并分析不同二维荷载工况下的单柱复合筒型基础各位置处的土压力分布情况以及筒体底部等效塑性应变区的变化情况。结果表明：对于单柱复合筒型基础,在一定范围内,竖向荷载（0～0.15倍竖向极限承载力）的存在能够增大结构的水平及弯矩承载力;在V-H与V-M荷载空间中,基础各位置处的土压力变化、土体等效塑性应变变化具有一定的相似性,可互相对映参考;基础所承受的最大土压力位置与基础受力倾倒方向一致;随着竖向荷载的增加,结构达到极限承载力时,基础底部土体等效塑性应变区的范围与深度相应扩大。     

地震荷载作用下水电站厂房结构的振动应力分析

结合三峡右岸电站某机组段建立了三维数值计算模型,采用有限元与无限元耦合系统模拟水电站厂房结构无限域地基问题并应用时间历程分析法进行地震荷载作用下的动力响应计算。在蜗壳结构外围混凝土发生塑性损伤的基础上,分析了电站厂房在地震动荷载激励下各部位混凝土结构、流道系统金属结构的振动应力峰值。结果表明,地震荷载作用下混凝土结构的振动应力水平较低,对混凝土动力强度复核影响不明显,流道系统金属结构的振动应力水平较低,不会发生因强度不足而引起的破坏。