复合加载条件下筒形单基础极限承载力分析

筒形基础广泛应用于海洋工程,由于海洋风力、波浪等共同作用,使得传统的地基承载力理论难以分析复杂荷载条件下筒形基础的极限承载力。借助ABAQUS有限元数值软件,基于等比例位移加载模式,对饱和软黏土地基上筒形基础在水平荷载H、弯矩荷载M复合加载条件下的极限承载力进行了分析。计算分析结果表明,筒形基础在H-M荷载空间中的承载力包络面呈非对称性,水平荷载和弯矩荷载发生耦合作用,两者同向时承载力包络面增大,异向时承载力包络面减小,筒形基础埋深比的增大使得承载力包络面的非对称性越强;通过对荷载作用点的位置修正,有效减少水平荷载和弯矩荷载的耦合作用,使不同埋深比的筒形基础在H-M荷载空间中的承载力包络面对称分布,归一化后承载力包络面形状一致,采用曲线拟合得到承载力包络面的表达式,该公式可方便计算复杂荷载作用下筒形基础的承载力。     

复合加载模式下桶形基础破坏包络面特性研究(英文)

桶形基础结构是一种适宜于滩海软黏土地基上的新型海洋基础形式。研究复合加载模式下桶形基础的承载力特性,并进而依此评价海洋平台基础及地基的稳定性是桶形基础设计与施工中的关键问题。针对软黏土地基上桶形基础结构,利用大型通用有限元分析软件ABAQUS,采用基于Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性本构模型,对复合加载模式下桶形基础的承载特性进行了三维弹塑性数值分析。在V-H、V-M、V-M-H空间内建立了复合加载模式下桶形基础极限承载力破坏包络图,推导了破坏包络面的经验计算公式,由此可根据实际的复合加载状态与数值计算所得的破坏包络曲面之间的相对关系,评判实际荷载作用下桶形基础的工作状态,为工程设计提供参考依据。     

偏心荷载下双层饱和黏土地基承载特性

在海洋与近海工程中,海洋建筑物地基受到水平荷载、竖向荷载和弯矩荷载的共同作用,地基土体非均质成层分布。因而,复合加载模式下层状地基的极限承载力与破坏机理研究是海洋工程设计的关键问题。针对竖向荷载(V)和弯矩荷载(M)共同作用下双层饱和黏土地基的极限承载力与破坏机理进行有限元分析。土体采用理想弹塑性模型,屈服准则为Mohr-Coulomb准则;基础与地基间假定切向完全黏结、竖向可分离。通过有限元计算,得到双层地基在V-M荷载空间的破坏(极限)荷载包络线,归纳得出地基的破坏模式。计算结果表明,双层地基的破坏包络线随着上层土体的厚度与基础宽度比值、上下土层的抗剪强度指标比值的增大而不断扩大,最终达到一个稳定值;在V-M复合加载条件下,地基可能发生深层整体剪切破坏或浅层局部剪切破坏。     

水平-竖向-扭转荷载下吸力沉箱基础承载特性数值研究

海上风机吸力沉箱基础承受结构自重及环境因素引起的竖向、水平、扭转荷载,处于复合加载状态。以位于饱和黏土地基上长径比为0.25～1.0的单桶沉箱基础为对象,ABAQUS为计算工具,研究沉箱基础的承载特性,并考虑沉箱与地基土的摩擦接触作用。首先分析沉箱基础在单一的竖向荷载、水平荷载及扭转荷载作用下的极限承载力,并给出沉箱基础在这些荷载组合下的破坏包络面,其中倾覆力矩通过施加偏心水平荷载实现。结果表明,沉箱基础的竖向承载力可用改进的经典承载力公式计算,而水平承载力系数在给定的接触条件下随沉箱长径比增加而减少,扭转承载力与理论预测结果非常吻合;扭转荷载对沉箱的竖向承载力影响较大,但对水平承载力影响较小;不同扭转荷载下的V-H包络面可用椭圆曲线拟合。     

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。     

可折叠防沉板V-M加载模式下不排水承载力研究

可折叠防沉板可有效解决单块防沉板因面积过大而导致的巨额安装施工费用问题,是深海油气资源开采生产系统中的新型基础结构。在服役期间承受竖向、水平、弯矩及扭矩等荷载的复合作用,其承载力不仅与防沉板的尺寸和地基土强度及其分布特性有关,而且还与可折叠防沉板两翼间距有关,导致不能直接采用传统的防沉板承载力计算方法进行计算。采用有限元方法对可折叠防沉板的不排水承载力进行三维数值模拟,计算得到竖向V、弯矩M加载条件下及组合V-M加载条件下的极限承载力,系统分析了单向(V,M)及组合(V-M)加载条件下的地基破坏模式,提出了单向承载力计算方法并建立了组合加载条件下的破坏包络线,进而提出了复合加载条件下的承载力计算方法,为可折叠防沉板的承载力设计提供依据。     

复合加载情况下六自由度圆形基础失稳模式与 极限承载能力研究

海洋工程中结构物除了受到自身重力作用外,往往还受到海风、海浪、海流等的作用,使得海床土体中的基础一般受到集中力、弯矩和扭矩的联合作用,这一受力状态称为结构物基础的复合加载模式。详细研究复合加载模式下海床土体的失稳模式和极限承载能力,对海洋结构物的安全运行至关重要。以三维空间内圆形基础为研究对象,基于土体弹塑性极限平衡原理,利用非线性有限元分析软件ABAQUS,对空间六自由度圆形基础极限承载能力进行详细的数值分析。基于上述计算分析结果,揭示了单调加载情况下土体的失稳机理与极限承载能力,给出了复合加载模式下海床土体破坏包络面方程。给出的土体失稳模式和破坏包络面方程能够合理地评估复合加载模式下海床土体的极限承载能力。     

海洋平台地基的极限分析与安定性分析

应用以Melan静力型安定定理为基础的弹塑性有限元数值方法，对海洋平台地基进行了变值加载条件下的安定性分析，同时，为便于比较，进行了静力极限分析。通过对海洋平台地基在各种荷载分量共同作用下的安定性分析，得到了地基在不同荷载组合模式下的安定荷载包络图。由此根据海洋结构上外载的可能变化模式可以确定地基的最可能失稳形式，从而评价复杂变值荷载作用下地基的稳定性。     

砂土地基上圆形浅基础三维破坏包络面的理论研究

对砂土地基上圆形浅基础在竖向荷载V 、水平荷载 H 及力矩 M 复合加载条件下的承载力进行了系统的三维有限元分析。在分析中,砂土假定为纯摩擦材料,遵循基于 Mohr-Coulomb 破坏准则的理想弹塑性本构关系。首先,对圆形浅基础的竖向承载力进行了有限元计算,并与滑移线解法进行了对比,两种方法所得结果比较吻合。进而探讨了砂土内摩擦角对于基础在 V-H 、V-M荷载平面与V-H-M 三维荷载空间内的破坏包络轨迹的影响。计算结果表明,与不排水情况下软黏土地基上基础破坏包络面相比,砂土地基上圆形浅基础的破坏包络面形状有较大差异,但V-H 和V-M 平面内的破坏包络面形状仍具有较好的归一化特性。基于有限元计算结果,建立了圆形浅基础在V-H-M 三维荷载空间内的破坏包络面方程,该方程可用来合理评价复合加载条件下砂土地基上圆形浅基础的整体稳定性。     

输电线路掏挖基础承载特性离心机试验研究

掏挖基础是输电线路建设中广泛采用的基础型式,但对其复合加载承载特性的研究较少。针对不同荷载工况下坚硬黏性土地基中掏挖基础承载特性,开展离心机模型试验研究。结果表明,单独上拔荷载作用下,地基破坏模式受基础埋深比的影响,浅及深埋的临界埋深比在2～3范围;水平荷载作用下,对于高露头基础,随着露头高度增加水平承载力明显降低;对埋深比为2的无露高基础,先施加水平力会使其极限上拔承载力有所提高,施加的水平力越大,基础抗拔能力越强;对埋深比为2的有露高基础,在施加相同水平荷载和相同弯矩2种情况下,基础的净峰值抗拔力与无露高基础HV组合加载时的抗拔承载力相差均小于10%,即高露头产生的弯矩对HV组合加载时基础上拔承载力的影响相对不大。所得结论可为不同荷载工况下输电线路掏挖基础设计提供一定参考。     

Model testing of tripod caisson foundations in silty clay subjected to eccentric lateral loads

In this study, model tests were conducted to investigate the bearing capacities of tripod caisson foundations subjected to eccentric lateral loads in silty clay. Lateral load–rotation curves of five eccentric-shaped tripod suction foundations were plotted to analyze the bearing capacities at different loading angles. It was observed that the loading angle significantly influenced the bearing capacity of the foundations, particularly for eccentric tripod caisson foundations. Compared with eccentric tripod caisson foundations, the traditional tripod foundation has a relatively high ultimate lateral capacity at the omnidirectional loading angle. By analyzing the displacement of the caissons, a formula for the rotational center of the tripod caisson foundation subjected to an eccentric lateral load was derived. The depth of the rotation center was 0.68–0.92 times the height of the caisson when the bearing capacity reached the limit. Under the undrained condition, suction was generated under the lid of the “up-lift” caisson, which helps resist lateral forces from the wind and waves.     

各向异性软黏土地基上浅基础破坏包络面研究

 根据已有的关于土体强度各向异性的表达式,针对基于Tresca屈服准则的理想弹塑性模型进行改进,使之可以考虑不排水条件下软黏土强度的各向异性,并在大型通用有限元软件ABAQUS中予以数值实施。联合应用swipe加载模式和固定位移比加载模式,对于条形浅埋基础在竖向荷载V、水平荷载H与力矩荷载M的复合加载条件下的承载性能进行比较系统的数值模拟,主要探讨地基土不排水强度的各向异性、竖向荷载水平对于浅基础在H-M荷载空间内的破坏包络面的影响。首先进行浅基础分别在竖向、水平与力矩荷载单独作用下极限承载力的计算,并与已有结果进行对比。进而对于不同竖向荷载水平下浅基础在H-M荷载空间内的破坏包络面特性进行分析。计算结果表明：当浅基础埋深与宽度之比较大或基础承受三维自由度加载时,swipe加载模式得到的加载路径比真实的破坏包络面明显偏小;对于给定埋深的浅基础,其包络面的大小与地基土强度的各向异性与竖向荷载水平都有关系,而在归一化荷载平面内,包络面形状主要受到竖向荷载水平的影响,而与地基土强度的各向异性无关。     

桶形基础极限承载力特性研究

通过有限元计算，分析了不同长径比下横向和竖向承载力、载荷位移曲线以及耦合载荷作用下的极限承载力特性，并与实验结果进行了对照。结果表明：当竖向压力小于某临界值时，基础的横向极限承载力随着竖向压力的增加而增加；但是当竖向压力增大到超过该临界值以后，横向极限承载力反而会随竖向压力的增大而降低。随着长径比的增加，基础承载力，特别是横向承载力有比较明显的提高。     

The Undrained Vertical Bearing Capacity of Skirted Foundations

Skirted foundations are becoming an increasingly prevalent offshore foundation solution for the oil and gas and renewable energies industries. Their capacity under combined horizontal, vertical and moment loading must be found in order to ensure their stability under environmental loadings. As part of this process, knowledge of the vertical bearing capacity is required. In this paper, the vertical bearing capacity of skirted foundations on normally consolidated undrained soil was investigated using numerical and physical modelling. Finite element analyses were carried to investigate the vertical bearing capacity of foundations with different geometries for various embedment ratios. Accompanying upper bound plasticity analyses highlighted the mechanistic reasons for the varying response and allowed examination of the effect of changing skirt interface friction. Analyses showed that skirted foundation capacity under vertical load may be considered normally as if the foundation is rigid with an embedment depth equal to the skirt depth. Based on the numerical analysis, a design method is proposed to calculate vertical bearing capacity. Finally, good agreement with results from a series of centrifuge model tests partially validated the design method.     

加筋风积沙地基直柱扩展基础抗拔试验

通过3个直柱扩展基础在风积沙和加筋风积沙两种地基条件下的上拔荷载、上拔和水平力组合荷载6个工况的现场试验,研究风积沙、加筋风积沙地基直柱扩展基础抗拔承载性能和机理。试验结果表明:①上拔荷载下,风积沙和加筋风积沙地基均呈整体突变性破坏;②上拔和水平力组合工况下,风积沙、加筋风积沙地基直柱扩展基础的水平荷载主要由基础自重承担,水平位移决定了基础抗拔极限承载性能;③土工格栅可提高风积沙地基抗拔和抗水平力承载性能,上拔、上拔和水平力组合工况下基础的上拔极限承载力较风积沙地基分别提高了21.7%和32.8%。     

Bearing Capacity and Failure Mechanism of Different Types of Foundations on Sand

Performance-based design has slowly been adopted for the use in geotechnical design. In the future, various types of foundations suitable for a variety of soils and applications should be accepted as an alternative to conventional flat foundations for the increase of bearing capacity and the savings of materials. The concept of shells is not new in foundation design, considering the construction with inverted brick arch foundation. Shell foundations are economic alternatives to conventional flat foundations where heavy superstructural or lateral loads are to be transmitted to weaker soils. Various types of foundations with different geometrical shapes have been extensively investigated in the structural design. However, the corresponding studies on the geotechnical design in terms of bearing capacity and deformation are scare. As such the advantages of various types of foundations have not yet been clarified in terms of the geotechnical design. The objective of this paper is to examine the overall geotechnical performance of various types of foundations on sand using model loading tests and the numerical limit analysis. The general superiority of various types of foundations has been revealed by comparing the loading tests with the analytical results.     

负压桶形基础地基水平承载力研究

通过模型试验和有限元计算 ,分析了单桶基础的地基极限水平承载力 ,基础主动区与被动区的土压力分布 ;建议了计算单桶基础水平极限承载力的关系式。进一步 ,分析了双桶基础的地基水平承载力 ,给出了相应的估算方法     

输电线路掏挖式基础在倾斜荷载作用下的特性

通过数值模拟对输电线路竖向和倾斜掏挖式基础在不同倾角荷载作用下的承载特性和内力分布进行分析。结果表明,直掏挖基础在小于10°的倾斜荷载作用下竖向承载力变化不大,随着荷载倾角的增加,竖向承载力明显减小。在相同倾角的荷载作用下,正斜掏挖式基础的竖向承载力要大于负斜掏挖式基础,直掏挖基础居中。同时,正斜掏挖式基础的弯矩和剪力均要小于负斜掏挖基础。掏挖式基础的倾角与荷载倾角相同情况下的基础受力最合理,不但可以保证基础承载力,而且基础所受弯矩几乎为零。