水平荷载下饱和软黏土中裙式吸力基础承载特性

海上风力资源的开发目前是世界各国关注的能源热点问题。裙式吸力基础能有效提高基础的水平承载力及显著控制所产生的水平位移,非常适合作为海上风电塔架的基础。针对裙式吸力基础在饱和软黏土中的水平受荷情况,采用数值分析的方法,讨论了不同裙尺寸对裙式吸力基础的水平承载力、周围土体变形、转动点位置的影响。研究发现:裙式吸力基础水平承载力比传统吸力基础有显著提高,且随裙高和裙宽的增大而增大;对比传统吸力基础,裙式吸力基础达到极限承载力时,对周围土体的影响范围更大,然而沿加载方向基础前侧土体隆起量明显小于传统吸力基础;增大裙高,基础达到极限承载力时转动点沿基础埋深发生上移。研究成果对作为风电塔架的裙式吸力基础设计具有一定参考价值。     

竖向荷载下裙式吸力基础周围土体变形研究

对饱和细海砂中传统吸力基础与裙式吸力基础开展了竖向单调加载试验和有限元模拟的对比研究,获得了基础周围砂土的变形规律及基础破坏形式,讨论了"裙"结构对基础周围土体变形的影响。研究发现:极限状态下,传统吸力基础周围土体变形范围小于裙式吸力基础周围土体变形范围,减少幅度为31%~55%,说明裙式吸力基础调动了较大范围土体发挥作用以提高其水平承载力。裙宽会引起土体的变形增大,而裙高可以对周围土体进行约束;裙宽相同时,土体变形范围随裙高的增大逐渐减小。在竖向压力荷载作用下,传统吸力基础与裙式吸力基础在砂土中的破坏形式符合Prandtl整体剪切破坏。     

循环拉拔荷载作用下裙式吸力基础及周围土体的位移规律分析

吸力基础安装方便、造价低、承载性能优良,是海洋平台最理想的基础形式之一。通过有限元模拟的方法,对裙式吸力基础在循环拉拔荷载下的基础及周围土体的位移规律进行研究。分析得出,基础在循环拉拔荷载作用下对基础周围土体变形的影响范围约为6～7倍主桶直径,裙式吸力基础的主桶高与裙高是控制基础与周围土体水平位移的主要因素,裙宽是控制基础周围土体竖向位移的主要因素。     

倾斜荷载作用下沉箱基础的极限承载力计算方法

为了确定沉箱基础在顶部受到倾斜荷载时的抗拔承载力,利用极限包络线方法进行分析。基于15组模型试验以及合理假定,提出了水平荷载、竖向荷载作用下沉箱基础的极限抗拔承载力函数,通过分析水平、竖向极限承载力系数与长径比的关系,提出了水平、竖向荷载作用下沉箱基础的承载力计算方法。基于不同长径比、不同荷载作用角度下沉箱基础的水平承载力归一化分量和竖向承载力归一化分量之间的破坏包络线图,得到了两者之间的幂函数关系,从而得到了沉箱基础在倾斜荷载作用下的极限承载力。     

开挖回填式基础抗拔承载力的理论研究

开挖回填式基础在上拔荷载的作用下基础连同其四周的土体将形成十分复杂的应力场和破裂面或裂缝。P～S曲线的形状及上拔极限承载力与土质条件、基础大小、基础类型、荷载条件、环境条件等诸多因素有关,虽然很难找出一个可以精确考虑以上所有因素     

吸力式沉箱组合基础承载特性研究

基于吸力式沉箱基础应用于桥梁工程的背景, 考虑不同数量的沉箱组合和沉箱间距, 通过数值模拟的方法研究了吸力式沉箱组合基础的承载特性, 重点分析了组合基础与单个基础承载性状的差异, 以及连接各沉箱的顶板对基础承载力的贡献。计算结果表明, 沉箱组合基础与单个沉箱基础的荷载-位移曲线类型都相同; 受类似于“群桩”效应的影响, 竖向荷载作用下组合基础中的沉箱承载力不能完全发挥, 但由于沉箱之间的连接顶板可以提供阻力, 所以当沉箱间距较大时组合基础的承载力会大于相应数量单个基础的承载力之和, 且随着沉箱间距的增大而增大; 对于水平荷载作用下的吸力式沉箱组合基础, 其承载力大于相应数量单个基础的承载力之和, 连接顶板底部与土体之间的摩擦和挤压对于组合基础承载力的提高可以忽略不计。     

海上风电伞式吸力锚基础承载性能研究

针对在海上风机基础应用过程中遇到的问题,提出了新型伞式吸力锚基础(USAF),结合其实际条件下的受力特点,采用大型通用有限元软件ABAQUS对其在垂向荷载V和弯矩荷载M以及V-M联合作用下的受力变形特点进行分析。分析中将位移作为失效破坏标准,采用位移加载法和固定位移比加载法分别进行单调加载和联合加载。结果表明锚枝、筒裙的增加可以一定程度的提高USAF的承载性能,其中锚枝的增加对承载性能提高的并不明显,筒裙对承载性能的提高较为明显;弯矩荷载作用下USAF具有刚性短桩的性质并且会发生旋转;在V-M联合加载作用下得到了USAF的破坏包络线以及包络线随USAF主筒长径比的变化规律。通过数值模拟得到了以上结论可以为USAF的推广和应用提供一定的参考。     

预应力锚杆基础非线性抗拔承载力研究

预应力锚杆基础的抗拔承载力是结构安全的重要保证。以风力发电机预应力锚杆基础为研究对象,通过 ABAQUS 进行抗拔承载力非线性有限元分析。根据锚杆受力特点,建立包含岩体、砂浆、锚杆和混凝土的单根锚杆有限元模型。研究了三种不同黏聚力和内摩擦角工况下预应力锚杆基础的抗拔承载力;并通过与相同工况下不包含混凝土的模型计算结果对比,得出预应力锚杆基础具有更高的抗拔承载力。     

粗颗粒盐渍土地区掏挖基础抗拔承载力特性及数值模拟研究

根据哈密南—郑州±800 k V特高压直流输电线路的工程条件,对粗颗粒盐渍土地区掏挖基础抗拔承载性能进行数值模拟分析,研究了盐渍土层厚度、盐渍土层状态、基础深径比及水平荷载与上拔荷载比值对抗拔承载力的影响规律。结果表明:掏挖基础抗拔承载力在盐渍土层盐分结晶时随盐渍土层厚度增大而增大,盐分溶蚀时随盐渍土层厚度增大而减小。抗拔承载力随深径比增大持续增大,临界深径比约为4.5;随着深径比增大,盐渍土层状态对基础抗拔承载力的影响逐渐减弱;超过临界深径比后,结晶状态抗拔承载力与融化状态趋于一致。盐渍土层盐分结晶状态下的水平荷载影响系数高于溶蚀状态。     

渗水作用下泥岩地区杆塔扩底基础抗拔承载分析

【目的】泥岩遇水易发生膨胀崩解甚至泥化,对输电杆塔基础抗拔承载力造成不良影响,需要对渗水作用下杆塔基础的抗拔承载特性展开研究。【方法】基于泥岩室内试验结果,利用有限元软件建立泥岩中扩底基础计算模型,引入温度场比拟湿度场的方法模拟泥岩地基浸水后的膨胀劣化,研究扩底基础上拔承载特性。在此基础上,分析泥岩地基浸水渗透后扩底基础极限抗拔承载力降低的具体原因;比较了泥岩地基天然状态、浸水渗透和饱和状态三种工况下极限抗拔承载力的差异以及承载力与埋深之间的关系。【结果】结果表明：增加基础埋深均能提高极限抗拔承载力,但饱和状态工况下增长最缓慢;地基浸水渗透对基础极限抗拔承载力的影响随着基础埋深增加而减弱,2.0 m埋深基础极限抗拔承载力仅为天然状态工况的63.2%,而5.0 m埋深时达到94.2%。【结论】地基浸水造成基础极限抗拔承载力降低的主要原因是地基力学参数劣化,抗剪强度减小所致。研究成果可为泥岩地区杆塔基础设计提供参考。     

基于静载荷试验的基桩抗拔机理研究

桩土作用机理非常复杂,虽然国内外学者经过了长期大量研究,至今没有形成一套完整的理论。特别是对桩的抗拔性研究的文献比较少,一般认为,上拔过程中荷载与上拔位移量关系曲线上呈明显的峰值,峰后承载能力急剧下降,大变形时仅仅靠基础本身重量和协同拖带的部分土体重量平衡上拔荷载,它远比峰值抗拔承载力要小得多。本文的研究并不针对抗拔桩,只对基桩承载力试验过程中抗拔和抗压试验进行对比分析,希望对以后的研究和工程施工起到一定的借鉴作用。     

水泥加固风积沙地基杆塔基础抗拔性能模型试验

针对新疆沙漠地区风积沙地基含水率低、承载力低、抗风蚀性差等特点,向风积沙中掺入不同含量的水泥,制作成不同配比的水泥加固风积沙地基,开展了水泥固化风积沙地基杆塔基础模型的抗拔承载特性室内试验。试验结果表明：水泥加固后的风积沙地基荷载-位移曲线特征可分为“陡降型”“缓变型”两种类型;与纯风积沙地基不同的是,水泥固化风积沙地基的破坏机制以张拉破坏为主;水泥固化后,风积沙地基基础体系的抗拔承载力提高明显。针对2%含水率的风积沙试样,当水泥含量为6%时,其构成的地基基础体系抗拔承载能力提高最为明显。研究结果可为输电线路工程中风积沙地基塔位的固化及基础优化设计提供理论依据。     

大跨度上翻式拱形钢闸门振动特性及抗振优化

针对大跨度上翻式拱形钢闸门的水力结构特点,研制了闸门水弹性振动模型,通过水动力荷载特性、结构动力特性和流激振动特性等系统试验研究,反演了闸门结构的共振现象,取得不同工况下作用于门体的水流脉动压力荷载和闸门振动加速度、动位移及动应力等动力响应参数的数字特征和谱特征。针对存在问题,对闸门结构的底缘体型进行了修改,取得了良好的抗振优化效果。