水平单调荷载作用下饱和细砂中裙式吸力基础土压力特性分析

吸力基础具有造价低、施工速度快、可重复利用等优点,因此被广泛应用于海洋工程领域,近年来也受到海上风电工程的重视。作为海上风电基础,主控荷载为水平荷载。为提高基础的水平承载能力并有效限制其侧移,以保证风机正常运行,提出一种改进的吸力基础型式-裙式吸力基础。通过饱和细砂中裙式吸力基础水平单调加载模型试验,探究基础周围土压力分布的影响因素,利用土压力增量方法,可以合理确定基础转动点的位置,并揭示\"裙\"结构尺寸对转动点位置的影响。相比于传统吸力基础,裙式吸力基础水平承载力提高,主桶结构前侧所受被动土压力减小,后侧所受被动土压力增大;裙式吸力基础转动点位置在0.54~0.67倍的基础埋深处,较传统吸力基础的转动点位置(位于0.71倍基础埋深)偏上,且随裙宽增加、裙高减小而上移。     

裙式吸力基础水平承载数值分析

裙式吸力基础是传统吸力基础的改进形式,即在原有桶形结构基础上增加了“裙”结构。采用有限元方法,对饱和砂土地基中传统吸力基础和裙式吸力基础分别进行水平单调加载和循环加载承载性能研究,分析了基础、土体的变形,得到了荷载-位移关系曲线以及基础位移随荷载振幅、频率变化的关系曲线。数值分析结果表明,与传统吸力基础比较,裙式吸力基础在单调荷载作用下的水平承载力提高约28.6%,同时基础的侧移量显著减小,约为传统吸力基础位移的50%;在循环荷载作用下,两种基础的水平位移均随振幅及频率的增加而增大,但裙式吸力基础水平位移量减少约40%。因此,裙式吸力基础更适合作为以水平荷载为主的结构的基础,例如海上风电工程,更能满足上部结构正常工作状态需求。     

黏性土中裙式吸力基础沉贯与注水拔出试验研究

开展模型试验研究海洋黏性土中裙式吸力基础沉贯和注水上拔特性,并研究了土体强度、基础尺寸和安装方式等影响因素.研究表明:主桶长径比为1.0和2.0的裙式吸力基础最终沉贯深度较相同高度传统吸力基础仅降低2％和6％,证实了裙式吸力基础在黏性土中具有良好沉贯性.主桶和裙结构在吸力沉贯时对土体造成扰动,导致吸力沉贯阻力小于压力贯...     

加载方向对张紧式吸力锚极限承载力的影响分析

利用真空预压法在模型试验土池内制备了软黏土层,选择不同加载方向,进行力控制下张紧式吸力锚极限承载力模型试验,分析了加载方向对其破坏模式以及极限承载力的影响。结果表明,对于最佳系泊点受倾斜荷载作用的吸力锚,当加载方向从 40 °变化至 20 °时,尽管锚的水平位移和承载力明显增加,但锚始终表现为竖向拔出的破坏模式,且锚底以下土层的反向承载力是影响其极限承载力的关键因素。按照模型试验条件,分别通过塑性极限上限分析与极限平衡分析预测锚的极限承载力并与试验结果进行比较,发现如果将锚底的反向承载力系数取为常数,预测结果不能反映加载方向的变化对极限承载力的影响。因此,为了客观预测锚的极限承载力,依据模型试验结果,提出了一种反映加载方向对锚底反向承载力影响的修正关系。     

桥梁吸力式沉箱基础承载特性试验研究

吸力式沉箱基础是跨海桥梁基础的一个新选择。基于桥梁基础的受荷特点,考虑不同的荷载作用方式,通过一系列模型试验研究了砂土中吸力式沉箱基础的承载特性。试验结果表明:沉箱的长度越长,吸力式沉箱基础的竖向承载力越大,侧壁摩阻力的贡献越大,而沉箱端部阻力可忽略不计;沉箱的长度越长,吸力式沉箱基础的水平承载力也越高,但相对于竖向承载力而言,基础的水平承载力很小,一般不超过其竖向承载力的5%。预加一定的竖向荷载,可显著提高吸力式沉箱基础的水平承载力,且预加的竖向荷载越大,基础的水平承载力越高,由于桥梁工程中基础承受的竖向荷载很大,所以有必要考虑这一因素对基础水平承载力的提高。     

砂土中吸力式沉箱基础抗拔承载特性试验研究

通过一系列的室内模型试验研究了砂土中吸力式沉箱基础的抗拔承载特性,着重分析了沉箱的长径比、荷载作用角度和荷载作用点位置的影响。试验中考虑了3个长径比,5个荷载作用角度和5个荷载作用点位置。试验结果表明,不同工况条件下吸力式沉箱基础在被拔出前所表现出来的荷载-位移特性各不相同。增大沉箱的长径比,可以显著提高吸力式沉箱基础的抗拔能力,但长径比的改变不影响吸力式沉箱基础的位移特征。荷载作用方向越接近于水平方向,吸力式沉箱基础的抗拔能力越强。当吸力式沉箱基础承受竖向上拔荷载作用时,荷载作用点位置的变化对其承载力的影响可以忽略;除荷载作用角度为90000b0;外,荷载作用于沉箱高度的2/3和3/4处时,基础的抗拔能力最强。     

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。     

分层土中吸力基础沉贯吸力变化及土体变形规律试验研究

吸力基础近年来在海上风电工程中逐渐得到推广,我国海上风场地基广泛分布分层土,研究吸力基础在分层土中的沉贯特性有助于推动其在我国海上风电工程领域的应用。开展模型试验,探讨了土层分布形式(砂土、黏性土、上层砂土下层黏性土(简称上砂下黏)、上层黏性土下层砂土(简称上黏下砂))对吸力基础沉贯吸力值、沉贯阻力、土塞高度和土体变形的影响。研究发现在上砂下黏土层中,当基础贯入至土层分界处时,基础吸力值陡然增加;当吸力基础贯入至上黏下砂土层分界处时,基础内部吸力值陡然降低,通过有机玻璃吸力基础模型试验阐述了吸力变化的原因。不同土层条件下,基础内部最终土塞高度规律由高到低为：上黏下砂土层、单一砂土层、上砂下黏土层、单一黏性土层,阐明了不同土层分布情况下基础内部土塞形成机理。对于单一砂土层和上砂下黏地基,沉贯结束后,基础周围土体出现环形沉降区域,单一砂土地基中沉降区域范围大于上砂下黏地基情况。对于单一黏性土和上黏下砂土层中,沉贯结束后基础周围黏性土中产生裂缝,且吸力沉贯下土体裂缝数量及裂缝扩展范围大于压贯条件,土体最大裂缝范围约为1.9倍基础直径。     

海上风电机组吸力式桶形基础承载力分析与设计

吸力式桶形基础由于施工方便的优势将成为海上风电机组的一种重要基础型式。针对海上风电机组承受巨大倾覆弯矩荷载的受荷特性,基于单桶基础模型试验获得的变形模式和桶-土相互作用力,提出了单桶基础基于变形控制的倾覆弯矩承载力分析方法,突破了现有基于极限状态的承载力分析方法;基于多桶基础模型试验及相应的排水状况分析,提出了多桶基础倾覆弯矩承载力分析方法。从而为海上风机吸力式单桶基础和多桶基础承载力分析提供了有效方法。桶体高宽比和直径及单桶直径和桶间距分别决定了风机单桶和多桶基础的倾覆弯矩承载力。在一次典型风暴潮下,粉土地基中风机多桶基础桶内的负压来不及消散,其承载力可按不排水情况进行分析,此时桶内负压的存在将大幅提高多桶基础的整体抗倾覆性能。最后将所提出的承载力分析方法应用于某典型海上风机的基础设计中,供类似工程借鉴参考。     

碎石垫层沉箱基础水平循环加载模型试验与分析

碎石垫层沉箱基础是一种适于强震区深厚软弱土地基的深水基础形式,具有抗震性能良好、承载力高、便于施工、造价合理等优点。采用自主设计的大周数水平循环加载装置对碎石垫层沉箱基础开展了室内1g模型试验研究,探讨了基础在水平静力加载、循环加载以及循环后静力加载下的承载变形特性。试验研究表明,基础在长期水平循环荷载作用下具有安全可靠的工作性能。静载下基础的荷载-水平位移关系可视为刚塑性、滑动破坏前为双曲线关系。循环荷载下基础的累积位移发展呈现收敛的趋势,并随着荷载幅值的增大而增大;基础在单向循环荷载下的累积位移大于同等大小荷载静载下的位移。循环加载后基础沿各方向的水平承载力和刚度均有所提高。然后,对基于边界面理论的修正G-M弹塑性接触面本构模型进行改进,利用ABAQUS接触面子程序UINTER将其嵌入ABAQUS中,对碎石垫层沉箱基础的模型试验进行了有限元数值分析,模拟得到的规律与试验结果相近。     

加载高度对桩基水平承载特性影响的离心模型试验研究

通过 土工离心模型试验,施加 95<>g 离心加速度,研究桩基在不同水平加载高度下,加载高度对桩基水平承载力、位移、弯矩、桩身倾斜程度等的影响,通过对水平加载高度 <> h =159 mm , <> h =135 mm 两 组离心模型试验数据的对比分析,发现在相同位移条件下桩基水平承载力随加载高度的增加而减小;在相同荷载条件下桩基弯矩、倾斜程度、位移随加载高度的增加而增加。     

PHC管桩水平承载特性现场试验研究

针对PHC管桩水平承载特性研究的不足,以泗许高速亳州段工程为依托,对管桩水平载荷进行了试验,研究了PHC管桩的水平承载特性,得到了PHC管桩的水平承载力大小以及管桩在水平荷载作用下的变形规律。     

斜桩水平承载力现场试验研究

对上海附近海上风电场的斜桩基础进行现场水平承载力试验,测试采用单向单循环加载,对正反斜桩的水平承载力及水平位移进行测试。对比测试结果发现,正斜水平承载性能比反斜有较大优势。     

坑内降水过程中模袋砂围堰变形规律研究

为了研究模袋砂围堰变形特性,进行了模袋砂室内单轴压缩试验和水平加载试验, 得到了模袋砂竖向、横向应力—应变关系曲线,分析了模袋砂竖向、横向力学性状。采用有限元法,结合工程实例,建立了模袋砂围堰计算模型,分析了坑内降水过程中模袋砂围堰的变形规律。结果表明,当模袋内形成稳定水位时,围堰变形趋于稳定,随着下游水位的降低,模袋砂围堰变形逐渐增大。此后,当上游水位增高时,围堰变形继续增大。将计算结果与实测值对比分析,对比结果表明文中建模方法的有效性和合理性。     

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。     

单根嵌岩桩在水平荷载作用下原型测试分析

通过对单根嵌岩灌注桩在竖向荷载下的水平静荷试验 ,分析该桩在水平荷载作用下的工作性状 ,为确定单桩水平承载力及钢筋笼的设置长度提出依据。     

散料回填地基的应用

对散料回填地基的特点、影响地基容许承载力和变形模量的因素及其控制要求 ,结合工程实践和现场试验提出了建议。