基于Flow~(3D)的海上风电单桩基础冲刷防护数值模拟研究

基于江苏竹根沙海上风电场项目典型海域水文地质资料,采用Flow~(3D)数值模拟方法,建立单桩基础局部冲刷数值模拟,分析不同尺寸圆形防护板对单桩基础局部冲刷保护效果的影响规律,得到了以下结论:无防护板时,单桩基础冲刷稳定阶段对应的最大冲刷深度为1.099 m;设置直径为36 m的圆形防冲刷板后,水流流速在防护板与泥面之间的小间隙内快速减缓,桩前出现堆积体,此时最大冲刷深度仅为无防护板时的11.8%左右;直径超过30 m的防护板都能显著限制单桩基础周围的局部冲刷程度,最大冲刷深度都在0.127 m左右。直径为36 m时,防护板所对应的最大冲刷深度最大,为0.13 m,但变化不大,故在实际工程中,可选择较小尺寸的圆形防护板,亦可达到相类似的效果。     

基于局部冲刷模型的海上风电单桩水平承载特性研究

复杂的海洋环境下海上风电单桩基础周围会出现局部冲刷现象，因此研究冲刷条件下单桩基础的承载特性具有重要的工程意义。采用现场勘测和数值模拟相结合的研究方法，开展江苏辐射沙洲海域局部冲刷条件下某单桩基础水平承载特性研究，得到以下主要结论：(1)多波束测深系统勘测显示，典型6 MW单桩基础桩周最大冲刷深度达8.6 m；(2)ABAQUS数值分析显示，冲刷坑导致单桩基础水平承载力下降约18.2%；(3)桩身挠度曲线在距离冲刷26.7 m处出现了明显的拐点，导致p-y曲线特征参数发生显著变化。上述研究结果表明，该海域海上风电场冲刷现象严重，会影响单桩基础承载特性。     

阳江沙扒海上风电三桶吸力桩基础局部冲刷试验研究

通过建立正态物理模型，研究了阳江沙扒海上风电场三桶吸力桩基础局部冲刷情况。结果表明：波流作用下桶基础最大冲刷深度大于纯水流和纯波浪情况；波流作用下最大冲刷深度出现在吸力桶迎浪面及两侧，背水面轻微淤积，床面冲刷形态呈三角形；三桶吸力桩基础冲刷主要受出土桶身和桶顶肋板绕流影响，因此结构埋置前对床面清淤有利于结构的稳定性，且清淤深度越大对结构的稳定性越有益。     

单向流作用下黏土中单桩基础冲刷试验研究

我国东南海域广泛分布黏土海床,针对单向流作用下黏土海床中单桩基础的局部冲刷问题,开展了5组不同水深和流速的室内水槽试验,并通过在模型桩内布设摄像头,实时监测捕捉桩周冲刷深度随时间的变化特征,分析黏土中单桩局部冲刷发展规律.结果 表明:黏土冲刷的稳定时间与砂土冲刷相类似,冲刷坑的形状发展也较为相似,但是黏土海床冲刷坑的底...     

海上风电单桩基础局部冲刷研究进展

风能作为一种绿色环保的可再生能源具有重要的应用前景,海上风力发电的研究受到广泛关注。在波浪和潮流荷载作用下,会导致风电桩基周围土体发生局部冲刷,影响桩基的性能。阐述了海上风电单桩基础局部冲刷的研究进展,综述了桩基局部冲刷的机理,总结了不同的平衡冲刷深度计算方法,对不同学者的模型试验、数值计算以及现场观测进行对比分析,探讨其中的不足并提出若干展望和思考。相关研究成果显示结合现场观测数据和冲刷预测模型的海上风机单桩基础防冲刷设计是有效的。     

天然河道丁坝群局部冲刷三维数值模拟

为研究天然河道中丁坝长度对河床的冲刷影响,基于天然河道形状和实际丁坝群布置,提出适用于天然河道形状的丁坝群局部冲刷计算流体力学(CFD)三维数值模拟方法,建立了滦河马良子段丁坝群三维模型。采用RNG k-ε模型模拟计算,用VOF方法进行自由表面的追踪,并对丁坝局部冲刷坑形态及冲刷深度进行了数值模拟。对比实测数据,数值模拟结果与实测结果非常吻合。针对丁坝群中局部冲刷最严重的丁坝,对其长度进行调整,调整后冲坑深度明显改善。     

考虑长径比及冲刷的单桩基础侧向承载特性分析

冲刷是海上风电单桩基础设计中需要考虑的重要因素，然而计算时通常忽略局部冲刷坑的几何形状及桩基入土段长径比（L/D）的影响，导致设计偏于保守。针对这一问题，建立考虑局部冲刷坑形态的海上风电桩基础三维有限元模型，研究冲刷作用下不同长径比桩基础的侧向承载特性变化规律，提出适用于受局部冲刷小长径比单桩基础的简化梁-弹簧分析模型并进行验证。研究结果表明：小长径比单桩基础的侧向响应对局部冲刷深度较为敏感。随着冲刷深度的增大，基底反力和桩侧垂向摩阻力等土反力分量对桩基水平承载力的贡献也随之增大，仅考虑桩侧土反力的传统API p-y曲线方法难以适用受冲刷单桩基础的计算分析，须考虑基底效应的影响。研究结果可为海上风电基础设计分析提供参考。     

黄河下游在役桥梁群桩基础冲刷特性

为了探明黄河下游在役桥梁群桩基础的冲刷特性,对郑州刘江黄河公路大桥群桩基础进行了冲刷深度测试。测试结果表明:黄河河道展宽作用使得黄河水流对桥梁群桩基础的冲刷主要表现在侧向冲蚀,而非河道处为垂直向下冲刷,导致跨黄河桥梁群桩基础局部冲刷坑最大深度位置并没有全部出现在群桩迎水侧前方,而是部分出现在顺水流方向的侧面;黄河水流对跨黄河桥梁群桩基础冲刷作用最强烈的位置并不是主河道水深最深或水流流量最大的位置,而是在主河道两侧的位置;一般情况下,在顺水流方向,跨黄河桥梁群桩基础迎水侧冲刷深度大于背水侧,迎水侧的冲刷坑坑壁坡度较背水侧陡;群桩基础冲刷坑边缘大多数在距承台2.25倍桩径处;河道转弯对河床冲刷的影响较大,转弯外侧的河床冲刷更为严重,建议在设计中适当增大河道转弯外侧桩基的最大设计冲刷深度。     

破碎波作用下单桩基础局部冲刷试验研究

破碎波在近岸地区会引起剧烈的泥沙运动,导致破碎带内单桩基础发生局部冲刷,严重威胁单桩基础结构稳定性。该文在波浪水槽中采用中值粒径0.32mm的原型沙铺设平床沙坑,开展破碎波单桩冲刷试验,规则波经过坡度1:20的斜坡后,浅化破碎在矩形沙坑区域,分析桩基和破碎点的间距与波长之比α对单桩基础最大局部冲刷深度S_max及冲刷形态的影响。研究结果表明：破碎波翻卷产生湍流以及流动的纵向发展是引起冲刷的重要因素,使得相对距离α与最大冲刷深度S_max密切相关;沙床在破碎波作用下形成沙坝和滩槽结构,持续影响单桩局部冲刷的演变过程,当相对距离α=0.35～0.55时,由桩基引起的净冲刷最为显著,同时在滩槽地形叠加下,桩周的最大局部冲刷深度可达0.5倍桩径。     

海上风电场桩基局部冲刷计算方法研究

海上风电场桩基在海洋环境条件下产生冲刷,影响其自振频率、承载力和结构疲劳寿命等各项性能,因此风电场桩基局部冲刷深度的准确计算对工程设计具有重要意义。该文采用国外风电场详实的观测资料,利用国内常用的冲刷经验公式验证计算海上风电场单桩基础的局部冲刷深度,结果表明,海流冲刷作用明显,挪威船级社推荐的Sumer公式计算结果与实测值吻合较好,可用于计算海上风电场桩基局部冲刷深度。     

软土基坑双排桩支护结构优化分析

为分析优化软土基坑双排桩支护结构参数,以广州市某软土基坑为背景,采用ＦＬＡＣ３Ｄ对其开挖施工过程进行了数值模拟分析,研究了围护桩排数、排距、桩长、桩刚度等对基坑桩体变形以及地表沉降的影响。数值计算结果表明:当基坑开挖深度较小时,基坑的开挖对软土基坑周边土体位移影响不大,但当基坑开挖深度由５．０ｍ增至７．５ｍ时,基坑围护桩位移则由５ｍｍ快速增长至２４ｍｍ,且其变形模型由“弓形”转换为“前倾形”;随着桩排数、排距、桩长以及桩刚度的增大,桩体位移和地表沉降将逐渐减小,但其减小的幅度会越来越小;当桩排距设置为２ｄ～４ｄ、桩长设置为２４ｍ～３２ｍ、桩刚度设置为０．５ＥＩ～１．０ＥＩ时,双排桩支护结构的性价比最高。     

荷载倾角对大直径长桩承载特性的影响分析

基于数值分析与荷载传递相结合的方法,利用FLAC3D对倾斜荷载下大直径长桩进行模拟,分析了荷载倾角对桩的承载特性的影响.结果表明,荷载倾角影响桩的承载方式,随着荷载倾角的逐渐增加,桩的承载方式由竖向承载为主逐渐向水平承载为主转化.荷载倾角在0°～20°范围内变化时,桩顶以沉降为主;在30°～90°范围内变化时,桩顶水平位移大于沉降.随着荷载倾角的增大,上部桩体侧移显著增大,桩两侧合土抗力零点向深部移动,桩端阻力减小.桩前侧和桩后侧最大合土抗力与荷载倾角的正弦值近似呈线性递增关系;桩前侧最大合土抗力受荷载倾角的影响比桩后侧最大合土抗力大.     

竖向荷载作用下斜桩承载变形特性有限元分析

斜桩的受力变形性状相比直桩要复杂得多,为了分析斜桩在竖向荷载作用下的承载变形性状,采用有限元分析的方法对竖向荷载作用下斜桩的承载变形以及桩-土相互作用进行了研究,分析了桩身倾角对斜桩竖向承载变形及桩-土相互作用的影响。结果表明:桩身倾角越大,斜桩桩顶沉降和水平位移也越大;桩身弯矩主要出现在桩身上半部分,随着桩身倾角增大而增大;斜桩桩前桩-土接触压力沿深度先增大后减小又逐渐增大,桩后桩-土接触压力从零压力点逐渐增加后迅速减小,一定深度后又逐渐增加,桩前与桩后的桩-土接触压力最大值随桩身倾角增大而增大;深度2.5 m以上,桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而增大,深度2.5~6.5 m的桩前侧摩阻力衰减的程度随桩身倾角增大而增大,深度6.5 m以下桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而减小;桩身倾角越大,桩后零摩阻力区段越长,零摩阻力区段以下的桩后侧摩阻力越小。     

岩质滑坡涌浪对三峡库区岸坡的冲刷模型试验

为了解岩质滑坡涌浪对三峡库区岸坡的冲刷破坏情况,以万州港为原型,设计岩体滑坡涌浪物理模型试验,分析了不同滑坡体体积和滑面倾角情况下滑坡涌浪对库区3种不同粒径岸坡的冲刷深度和静水面上下15 m岸坡整体的冲刷特性。试验结果表明:岸坡最大冲刷深度与滑坡体宽度及厚度呈正相关关系;滑坡体体积较大时,岸坡冲刷深度在滑坡体滑面倾角为40°时最大,滑坡体体积较小时,岸坡冲刷深度在滑坡体滑面倾角为60°时最大;岸坡需防护范围为静水面上下7 m,在静水面和岸坡接触的部位需重点防护。根据试验数据,给出了计算岸坡最大冲刷深度的经验公式。     

沙土中抗拔斜桩承载力特性研究

以沙漠地区某输电塔基础为背景,采用数值模拟方法探讨不同倾角及其他条件对斜桩荷载传递及其承载力的影响。有限元分析结果表明,桩身倾角不大于10°时,倾斜角对单桩的极限抗拔承载力影响不大,但会在桩身产生一定的弯矩以及在桩顶产生一定的水平位移。桩顶设置承台有助于减小斜桩的水平位移和桩身的弯矩。对倾角较大斜桩的抗拔承载力进行预估时,应该对桩顶以下一定范围内的的桩侧摩阻力予以折减。抗拔桩桩端侧阻力总体呈现弱化现象。     

上拔力-水平力-扭矩组合荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩广泛应用于桥梁、水上钻井平台及风力发电基础等工程中,其承载特性十分复杂。为揭示上拔力-水平力-扭矩共同作用下斜桩单桩的承载特性,利用自主设计制作的加载设备,在砂土地基中开展了4根斜桩室内模型试验,研究了桩身倾角、上拔及水平荷载对受扭斜桩桩顶水平位移、扭转角及桩身扭矩、弯矩的影响。试验结果表明：斜桩水平承载力随桩身倾角的增大而增大;倾角及上拔荷载的增大均会导致斜桩极限扭转承载力的减小;斜桩最大弯矩受到桩身倾斜角度及桩顶上拔荷载的影响,随其增加而增加;组合荷载作用下的斜桩存在有效荷载传递深度。     

加筋水泥土桩锚支护基坑侧向位移设计要素模拟分析

针对尚水花园项目基坑存在长且厚淤泥质黏土土层等地质特点,为解决淤泥质土层和微承压含水层软基边坡支护问题,采用加筋水泥土桩锚支护技术对基坑进行支护。结合GTS NX有限元软件,通过改变加筋水泥土桩的设计要素,对基坑侧向位移进行数值模拟。模拟结果表明:改变水泥土桩嵌入深度、H型钢截面尺寸和嵌入深度等设计要素,对基坑侧向位移影响不大;改变斜向锚体与水平面夹角、斜向锚体根数等设计要素,对基坑侧向位移影响较明显。夹角越大,侧向位移越小;增加斜向锚体道数,可有效降低基坑变形。     

群桩冲刷及抛石级配与厚度对防护效果的影响

水下群桩不可避免地发生局部冲刷而使桩基埋深减小,影响上部结构的安全,因此,群桩冲刷及其防护措施十分值得研究.通过实验室水槽试验和结果分析,研究了井字形排列群桩的间距与冲刷深度变化的关系,进而研究抛石颗粒的级配及抛石层厚度对冲刷防护效果的影响.研究发现,桩间净距的增大可使群桩局部冲刷深度减小,与桩间零净距相比,当达到临界...     

承台-倾斜桩体系承载力性状分析

预应力管桩在施工中发生桩身倾斜的现象屡见不鲜。为得到承台连接下倾斜桩的承载力特性,通过现场实测数据反演得到了合理的土层及桩体参数,之后建立数值模型,分析了承台下有2根桩且其中1根桩为倾斜桩的结构体系,在3种不同倾斜方向工况下的承载力性状。研究结果表明:单根桩体倾斜对承载力的影响不大,特别是工况1条件下,桩体倾斜对承载力的影响甚微;桩身轴力随着桩体倾斜程度的增加而增大,仅在工况1中倾斜桩的轴力发展趋势为先增大后减小。3种工况下桩身弯矩分布特征类似,且桩顶弯矩最大;但是当桩体倾斜方向不同时,桩顶正负弯矩也不同。综合来看,3种工况的承载力大小为工况1>工况2>工况3。     

黄河冲积互层深基坑围护桩插入比优化分析

济南西北部为黄河下游冲积黏-砂互层地质结构,深基坑稳定性受地层条件影响较大,土层质量直接影响围护桩插入比的取值。以山东省会文化艺术中心深基坑为工程背景,通过理论计算和数值模拟对桩体在不同插入比下的稳定性进行分析。研究发现:土层质量参数与插入比存在线性关系,可引入土压力折减系数计算围护桩入土深度;通过实际工程数值分析得到最佳插入比为0.55;根据现场0.58插入比实测数据对数值模拟进行验证,结果发现桩顶侧向位移最大值为0.05%H(H为基坑深度),沉降最大值为0.04%H,基坑结构足够稳定且有相当大的安全储备,因此,可减小插入比以降低工程造价,缩短施工工期,实现工程的绿色建设。研究成果对济南特殊的黄河冲积层地区深基坑建设具有借鉴意义。