黏土地基中桶形基础抗拔承载特性有限元分析

黏土地基中桶形基础在抗拔承载特性方面,由于桶裙内土体(土塞)的受力状态,使得它与其它海洋基础形式有明显的区别。桶形基础可能产生局部剪切破坏、底部张力破坏以及反向承载力破坏三种不同的抗拔失效形式,其中确定反向承载力破坏时的极限承载能力最为关键。通过有限元分析,研究桶形基础反向承载力破坏的机理,及组成抗拔承载力各部分抗力的变化情况,并利用计算结果与理论公式进行对比,提出适宜的抗拔承载力计算公式,为桶形基础抗拔承载力的设计提供依据和有益参考。     

粉土中吸力式桶形基础沉贯及抗拔特性试验研究

吸力式桶形基础的负压沉贯控制和抗拔承载力确定是海洋钻井平台和海上风电机组多桶基础以及深海吸力锚基础设计和施工中的关键问题。通过室内大比例模型试验研究了吸力式桶形基础在饱和粉土中的负压沉贯及抗拔特性。负压沉贯试验结果表明负压并不能明显减小吸力式桶形基础在粉土中的沉贯阻力,基于CPT试验结果可较为准确地预估沉贯施工所需负压,从而确保沉贯的顺利实施和防止沉贯过程中地基发生管涌破坏。不同加载速率下的上拔试验结果表明存在一临界加载速率,当实际加载速率超过该临界值后,加载速率对吸力式桶形基础的抗拔特性影响较小。结合桶体及桶外土体的变形,提出了粉土地基中不同受力状况下吸力式桶形基础的抗拔承载力计算方法。     

一种可发生旋转的吸力贯入式锚泊基础

埋入式吸力锚是利用桶形基础进行贯入海床的一种锚泊基础,其抗拔承载力主要由桶壁与土体的摩擦及兜住海床土体的自重产生,传统埋入式吸力锚沿锚链方向能兜住的海床土体的面积较小,故其承载力相对较小。提出一种吸力贯入旋转式锚泊基础,通过张拉锚链使左半壳体与右半壳体发生相对旋转,能兜住较大面积的海床土体,从而具有较大的抗拔承载力。     

桶形基础单桶水平承载力的试验研究

对９０ 年代在挪威产生的一种新型基础---桶形基础在软土地区的水平承载力进行了模型试验研究,根据测得的桶体两侧的土体抗力变化情况,分析了桶体在水平荷载作用下的变位以及与土的相互作用,提出了计算桶形基础单桶水平承载力的方法。     

多年冻土区管桩基础抗拔承载性能试验研究

以青藏直流联网工程为背景,进行上拔和水平力组合荷载作用下管桩基础抗拔承载性能真型载荷试验。结果表明:冻结期冻土地基整体处于冻结状态,地基回冻情况良好;融化期最大融化深度与地基多年冻土上限较吻合,多年冻土层无明显退化迹象。上拔加载过程桩底接触土压力减小,冻结期活动层范围内桩侧土压力明显增大,融化期活动层范围内桩侧土压力大大减小,其余位置土压力变化不明显。冻结期基础位移量显著低于融化期,冻结期抗拔及水平承载力高于融化期,上拔承载力高于水平承载力;上拔荷载与位移关系可采用幂函数模型进行预测。试验所得基础抗拔承载力与规范法计算结果比较吻合,表明冻土地区桩基础抗拔承载力规范计算方法是可靠的。     

软土地基螺旋桩竖向抗拔极限承载力计算方法

 根据抗拔螺旋桩基础竖向抗拔承载性状,使用极限平衡理论和Meyerhof深基础承载力理论,提出抗拔螺旋桩基础首层叶片界限埋深和叶片控制间距,给出多层叶片螺旋桩基础竖向抗拔破坏模式,得到竖向抗拔螺旋桩基础的首层叶片界限埋深和极限承载力计算公式。通过对14次工程桩试验分析和极限承载力计算,竖向抗拔极限承载力计算值与实测值误差一般在10%以内,说明所建立的螺旋桩基础抗拔破坏模式比较接近于实际情况,极限承载力计算方法可用于估算螺旋桩基础的承载力。     

输电线路复合式锚杆基础现场试验研究

首次针对辽宁地区500kV抚顺变—程家变新建输电线路工程,进行了复合式锚杆基础的现场抗拔承载力真型试验。通过循环加卸载方式的基本试验与单方向加载方式的验收试验,得到了基础的上拔荷载位移曲线与基础的抗拔承载力,给出了相关设计参数的取值标准,进一步验证了复合式锚杆基础在500kV大荷载输电线路工程中应用的可行性。     

砂岩地基中架空输电线路抗拔基础承载性能的现场试验研究

本文以砂岩地基中的架空输电线路抗拔基础为研究对象,开展6个相同底径、不同埋深的直柱基础和扩底基础的现场抗拔承载性能试验,分析了6个试验基础的荷载—位移曲线、抗拔承载力、地基破坏范围及混凝土利用效果。结果表明：两种型式基础的弹塑性变形能力均会受到基础埋深的影响;根据双直线交点法确定试验基础的抗拔承载力,基础埋深相同时,扩底基础抗拔承载力可达直柱基础的1.2～2.0倍;基础破坏时,在地表处形成径向和环向分布的裂缝,且随着埋深的增加,地表破坏半径逐渐减小;采用上拔角定量表示地基破坏范围,则对于相同埋深的抗拔基础,扩底基础的上拔角均大于直柱基础,表明其提高基础抗拔承载力的同时,也加大了地基岩体的破坏范围;以基础抗拔承载力与混凝土消耗量的比值M定量表征不同基础型式和埋深条件下混凝土的利用效果,扩底基础对混凝土的利用效果最高可达直柱基础的5.9倍,工程应用中建议优先选用扩底基础。     

软土地区扩底灌注桩抗拔承载力试验研究

通过对 3 根大直径超长的扩底灌注桩进行抗拔静载荷现场试验,研究了软土地区扩底抗拔桩的抗拔承载力-上拔位移的变化规律。通过对比扩底灌注桩和等截面桩的抗拔承载力,评估了扩底端对抗拔承载力的提高效果。现场试验和计算分析表明：扩底灌注桩的实际抗拔承载力大于设计值,具有良好的抗拔承载力;扩底灌注桩的实际抗拔承载力为同类等截面灌注桩抗拔承载力的 1.5 倍以上,其承载力的稳定性较好;扩底灌注桩的扩底端影响范围约为有效桩长 41.5 d,大于规范建议值 10 d,说明扩底端影响范围较大。     

喀斯特地区短桩锚杆复合基础现场抗拔试验及设计方法研究

针对喀斯特地区输电线路工程中普遍存在的上覆厚土层(4~7m)、下卧中等风化及以上岩石的特殊地基条件,提出一种短桩锚杆复合基础。为了揭示复合基础的承载机制,建立相应的工程设计方法,推动这种新型基础在工程中的应用,选取位于广东阳春典型喀斯特地区的上覆粉质黏土、下卧微风化石灰岩的地基作为试验现场,依据我国110~1 000 kV电压等级输电杆塔承受的上拔荷载,设计出6个不同入土深度、不同锚筋数量的1∶1全尺寸短桩和复合基础,通过开展现场抗拔承载特性试验,获得试验基础的荷载位移曲线、抗拔承载力、地基破坏模式等规律,进一步揭示复合基础的抗拔承载机制;结合现场试验结果与理论分析,提出复合基础的失效是由其下部锚杆基础破坏时对应的上拔位移所控制,在此基础上建立复合基础抗拔承载力的计算公式,并给出复合基础失效位移以及承载力分配系数的确定方法。通过与现场试验结果的对比,验证所给方法的正确性,为该类新型基础在工程中的推广应用提了理论依据。     

宽浅式筒型基础竖向承载力研究

通过有限元计算,研究了不同长径比下筒型基础竖向压载作用下的承载特性,分析了竖向荷载作用下宽浅式筒型基础的失效模式,并与试验结果进行对照,数值计算与模型试验的荷载–位移曲线虽存在一定差距,但整体趋势相近。对筒型基础不同部位在承担竖向压载时所承担的比例变化进行分析,其中,筒顶接触反力、内侧摩阻力及端阻力承担90%以上的荷载比例,计算极限承载力时可将筒内土与筒作为一个整体。给出了筒壁土压力的分布形式,在汉森理论的基础上提出适用于宽浅式筒型基础竖向承载力的计算公式,并与有限元、试验结果进行比较,除长径比为1.0的模型外,相对误差均在10%以内。     

西北地区光伏支架微型抗拔类基础优化设计及试验研究

为了解决西北地区光伏支架基础的设计和应用问题,在传统抗拔类基础之上提出了微型锚杆复合桩。通过在西北某光伏电站砂砾石场地的现场足尺试验,由竖向位移观察装置及埋设在不同深度处的应力计对加载过程中各试桩的位移变形和轴力变化情况进行了全时动态监测,对比分析了传统抗拔基础和微型锚杆复合桩的承载特性及相关工程应用问题。结果表明:传统抗拔类基础的荷载 位移曲线形态因桩型不同而异,微型锚杆复合桩呈现缓变型;传统抗拔类基础的极限承载力普遍低于15 kN,而微型锚杆复合桩普遍高于60 kN,承载能力大幅度提高,但微型锚杆复合桩承载力随桩长提高方面存在临界长度（4 m）;微型锚杆复合桩抗拔承载特性优化参数分别从承载力、位移变形及复合优化效果3个方面定量表征了相近桩基尺寸下微型锚杆复合桩的优越抗拔工作性能;建议在西北砂砾石场地适度推广应用微型锚杆复合桩作为光伏支架抗拔基础,其中桩长设计可控制在4 m以内。     

分舱板对海上风电复合筒型基础承载特性的影响研究

为了增强结构强度、浮运稳定性以及实现下沉过程的精细化调平,复合筒型基础钢筒内须设置分舱板,但目前有关分舱板对基础承载特性影响的研究尚不深入。以6.45 MW海上风机复合筒型基础为例,基于有限元数值模拟,研究了不同转动状态和不同结构尺寸下蜂窝状分舱板对复合筒型基础承载特性的影响,并评价了分舱板形式、高度和厚度对基础承载力的影响效果。研究表明,分舱板的存在可明显提高基础的承载力,其作用随筒体转角的增大而增大;筒体高径比为0.33时,分舱板对基础承载力的提高效果最佳,当筒体转角达到风机正常使用最大转角0.5°时,基础承载力可提高9.23%;分舱板的存在不影响转动中心的运动规律,但分舱板对转动中心竖向位置的影响明显大于水平位置。设计时应考虑分舱板对复合筒型基础承载力的提高作用,并可以适当优化分舱板形式、高度以及厚度。     

软土地基桶形基础室内模型试验研究

针对竖向循环荷载作用下软土地基桶形基础的承载特性进行模型试验。首先,采用真空预压的方法制备模型土池,通过土的物理性试验和不固结不排水三轴压缩试验测得土池中土的基本物理力学性质;然后,在确定桶形基础竖向静承载力的基础上进行循环荷载试验,在不同动静荷载组合作用下观测地基的破坏特性,记录循环累积变形与循环振次的关系。结果表明,模型槽内不同位置不同深度土的基本物理力学性质指标相差不大,真空预压制备土池的方法可行;桶形基础在循环荷载作用下的产生的累积变形与蠕变过程相似;软土地基桶形基础的循环承载特性与动、静荷载水平有较大的关系,在其应用过程中要综合考虑动、静荷载作用。     

淤泥质黏土中复合筒型基础水平承载力试验研究

复合筒型基础作为一种新型海上风力发电基础,与以往的筒型基础结构形式有较大差别,其极限承载能力及筒土作用机理需进一步深入研究。针对这一问题,设计了复合筒型基础大尺寸模型,开展了淤泥质黏土中的水平承载力试验,得到了复合筒型基础在水平荷载作用下的土压力分布规律、位移变化机制及极限承载能力等。试验结果表明,随着荷载的增加,被动区土压力有较大增长,主动区土压力呈现负压并逐渐恢复为初始土压力;旋转中心的位置随着荷载的增加从中轴线附近逐渐沿着加载方向移动,极限荷载时,旋转中心位于距顶面0.8倍筒壁高度处的分仓板附近。     

水平荷载作用下软土地基上桶形基础承载力分析

桶形基础作为一种新型基础形式是近几年国际上出现的海洋石油开发的先进技术。采用ABAQUS大型有限元程序和极限平衡理论,运用位移控制法,通过三维有限元的数值模拟,对土性参数、桶体的高径比对桶形基础水平承载力、桶体外侧土压力分布规律的影响进行了研究。结果表明,桶形基础在水平荷载作用下产生以距桶体底部1/3处为中心的旋转,并且对应于此处的桶体外侧土压力最大;土性参数对水平承载力影响较小,而桶体的高径比对水平承载力影响较大。     

上拔荷载作用下桩–桶基础结构 尺寸效应的数值分析

 运用ABAQUS软件分析不同尺寸的桩–桶基础在相同上拔位移时的上拔荷载及基础周围地基土体影响区域的变化,并对桩–桶基础进行初步设计。桩–桶基础的主要尺寸包括桶顶以下入土桩长(L3)、桶半径(R)及桶壁高(H),不同尺寸的桩–桶基础在地基土体达到破坏时的极限荷载各不相同,增加L3,R及H能提高基础的抗拔承载力,同时地基土体的影响范围也随之加大;R的变化对基础的抗拔承载力影响最大,其次是L3的变化,最后是H的变化;影响地基土体横向范围的结构尺寸主要是R,L3次之,H最小;影响地基土体的纵向范围的结构尺寸主要是L3,H次之,R最小。L3∶R = 8.0∶1.0时,能充分体现桩结构和桶结构共同的抗拔承载性能;R∶H = 0.6∶1.0时能充分体现桶结构的抗拔承载性能。     

复合加载模式下不排水饱和软黏土中宽浅式筒型 基础地基承载力包络线研究

作为高耸结构物,海上风机受到巨大的水平荷载作用。宽浅式筒型基础是为适应中国近海荷载特点而研发的一种新型海上风机基础形式,经典的地基承载力计算公式无法精确地计算复合加载模式下宽浅式筒型基础地基的极限承载力。通过数值计算研究了不排水饱和软黏土中宽浅式筒型基础在V-H、V-M、H-M和V-H-M加载模式下的地基承载力包络线,并提出了V-H和V-M加载模式下的地基承载力包络线的表达式。研究结果表明V-H和V-M加载模式下宽浅式筒型基础地基承载力包络线具有对称性,而H-M加载模式下呈非对称性,其非对称性随着基础深宽比增大而更加显著;V-H-M加载模式下地基承载力包络线的形状受竖向荷载V的影响,表现为包络线关于M轴的非对称性随着竖向荷载的增大而减弱。可根据海上风机的实际受力状态与该破坏包络线之间的相对关系,评价实际受荷状态下筒型基础的稳定性。     

筒壁长度对筒型基础地基承载力影响研究

大直径筒型基础是为适应我国近海地质条件和风机荷载特点而研发的新型基础形式。本文针对单调加载模式下饱和软粘土地基所能达到的极限状态,应用数值计算方法,研究了筒型基础筒壁长度对地基承载力的影响。