V-H-T荷载空间内海上风机桶形基础破坏包络面特性分析

与海上采油平台的基础不同,用于海上风力发电机的吸力式桶形基础不但承受着上部结构所传来的竖向荷载V、风浪等引起的水平荷载H,还承受着叶片等旋转机构传来的扭矩T。在swipe加载方法和固定位移比加载方法的基础上,建议了荷载-位移联合搜索方法。采用该方法对于桶形基础在V-H、V-T、H-T荷载平面内以及V-H-T非共面复合加载条件下的稳定性进行了三维有限元数值分析,得到了V-H-T荷载空间内的破坏包络面。由此可根据实际的受力状态与该破坏包络面之间的相对关系,评价实际荷载状态下海上风力发电机桶形基础的稳定性。     

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。     

正常固结软黏土地基上裙板式基础统一破坏包络面方程

关于复合加载条件下裙板式基础稳定性研究中,传统方法都是将基础底面中心作为荷载参考点,从而导致裙板式基础的破坏包络面形状非常复杂,而且依赖于埋深与宽度之比。为了得到能够适用于一定埋深比范围的统一破坏包络面方程,建议了一种裙板式基础最优荷载参考点的搜索方法,并将之在有限元软件ABAQUS中予以数值实施。基于最优荷载参考点,联合采用swipe加载和固定位移比加载两种方法,所得到的归一化破坏包络面可以近似为力矩–水平荷载空间内的椭圆。进而提出了双参数的统一破坏包络面方程,该方程可以用于估计正常固结软黏土地基上裙板式基础的稳定性。对于工程上常用的裙板式基础埋深比,还给出了方程中的参数取值范围。通过与有关离心模型试验结果的对比分析,在一定程度上验证了本文所提出的破坏包络面方程的合理性。     

滩海桶形基础破坏机制及极限承载力分析研究

针对饱和软黏土地基上桶形基础结构,基于弹塑性极限分析中的上限法,建立了一种竖向荷载作用下桶形基础的极限分析模型。采用有限元数值分析解验证了所提出极限分析模型的可行性和有效性,进而,据此进行了一系列变动参数比较计算,以此对大量的计算结果进行了系统的分析,所得到的数值计算结果与分析结论为工程设计提供参考依据。     

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。     

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。     

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。     

箱桶形基础防波堤模拟研究现状及建议

介绍了箱桶形基础防波堤的特点及结构组成,从物理模型试验与有限元分析法两方面,阐述了箱桶形基础防波堤稳定性的模拟研究现状,为同类问题的深入研究积累了经验。     

复合加载模式下海上风机圆形浅基础亚塑性宏单元模型

海上风机基础不但承受着上部结构传来的竖向荷载、风浪等引起的水平荷载与弯矩,还承受着叶片等旋转机构传来的扭矩。基于亚塑性本构理论框架,引入相应的圆形浅基础广义屈服面函数及塑性势函数,构建了一个六自由度复合加载模式下砂土地基上海上风机基础宏单元模型。为了能够合理描述循环加载条件下基础的宏观力学响应,该模型将等效粒间应变概念引入到广义力与其对应位移关系中。通过对已有模型试验结果的数值模拟,在一定程度上验证了提出的宏单元模型的合理性。     

竖向载荷作用下桶形基础与土相互作用机理研究

本文进行了竖向下压载荷作用下 ,桶形基础与土相互作用的模型试验及非线性数值分析 ,计算结果与模型试验的荷载 -沉降曲线吻合较好 ,同时对桶形基础的不同部位在承担竖向下压载荷时所承担的比例变化进行分析 ,给出顶板土反力、侧壁摩阻的分布形式及端部阻力的特性 ,并对顶板对桶形基础受力特性的影响及桶形基础与实体基础受力特性的差别进行了计算与分析     

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。     

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。     

筒型基础防波堤土压力性状的有限元分析

筒型基础防波堤是一种新型港口与海岸工程结构,依靠沉入地基土层中的筒型基础维持结构稳定,作用在筒型基础上的土压力是结构稳定性验算的核心内容。结合某实际工程,建立了筒型基础防波堤三维弹塑性有限元模型,分析了不同波浪力加载值下作用在筒型基础上土压力的大小及竖向和环向分布规律,并将有限元计算的极限状态下的土压力与Rankine主动、被动土压力和静止土压力进行了比较分析。根据筒型基础的位移模式,将土压力分为主动、被动和静止3个区域,建议了不同区域土压力的简化计算方法,为筒型基础结构稳定性验算提供了基本依据。     

Numerical evaluation of group-pile foundation subjected to cyclic horizontal load

In this paper, three-dimensional (3D) finite element analyses of a real-scale group-pile foundation subjected to horizontal cyclic loading are conducted using a program named DBLEAVES. In the simulations, nonlinear behaviors of ground and piles are described by subloading t_ij model and the axial-force dependent model (AFD model) which considered the axial-force dependency in the nonlinear moment-curvature relations. In order to consider the influence of an effective stress path on the prediction of the group-pile foundation, the analyses are conducted within the framework of the soil-water coupling method with finite-difference and finite-element regime. The material parameters of soils are determined based on conventional triaxial drained compression tests on undisturbed and remolded specimens. The applicability of the proposed numerical method is encouraging, and therefore, it is quite confident to say that the method can be used to predict the mechanical behaviors of group-pile foundation to a satisfactory accuracy, particularly with the effective stress analysis.     

新型桶式基础防波堤桶体阻力分析

包括桶壁、隔墙摩阻力和桶底端阻力的桶体阻力是维持桶体稳定性的一个重要因素。外侧桶壁摩阻力与桶土相对位移及接触状态有关,内侧桶壁和隔墙摩阻力与桶土相对位移有关,桶底端阻力与桶土接触状态有关。波浪荷载作用下,海侧上部的外侧桶壁与土体脱离,下部产生相对土体的向上位移,陆侧桶壁则相反;海侧内侧桶壁与隔墙产生相对桶内土体的向上位移,陆侧则相反;海侧桶体底部与土体脱离,陆侧则挤压土体。波浪荷载作用下,在绕桶体转动中心发生向上位移的迎浪侧,随荷载水平增加,桶壁与隔墙摩阻力由桶体自重作用下的正摩阻力减小变为负摩阻力,桶底端阻力则减小直至为零;在绕桶体转动中心发生向下位移的背浪侧,桶体阻力在桶体自重的基础上增加。     

基于极限平衡法的箱筒型基础防波堤稳定性分析

箱筒型基础防波堤是一种适用于软土地基和深水波浪条件的新型港口与海岸工程结构，依靠沉入地基中的筒型基础维持结构稳定。根据箱筒型基础防波堤极限状态下的结构运动模式，考虑箱筒型基础防波堤的三维空间几何特性、受力特点、极限状态转动点的位置等因素，建立了箱筒型基础防波堤稳定性计算的极限平衡法，通过与有限元结果对比，相互验证了正确性，与有限元法相比，极限平衡法计算速度快，效率高，更方便工程应用。结合天津港防波堤延伸工程，对箱筒型基础防波堤的稳定性进行了分析。结果表明，基础筒高8～10 m时，天津港延伸工程中的箱筒型基础防波堤的抗滑、抗倾和竖向承载力均具有较高的安全度。