斜坡单桶吸力式基础负压贯入与倾斜机制试验

针对吸力式基础(吸力桶)负压沉贯中的桶体倾斜,自行研制了专门的试验平台,并开展了一系列物理模型试验,模拟了水平与倾斜的地基初始状态下单个吸力桶贯入过程,探究了在地基倾斜状态下桶体贯入发生倾斜时的贯入机制。试验结果表明,吸力桶贯入深度演变曲线与贯入负压有关,其表示为三个规律性阶段:线性增加阶段、缓慢收敛阶段以及极限阶段。倾斜状态下贯入部位附近孔隙水压力的变化可反映基础的倾斜状态和倾斜程度。同时,负压的增大对桶基础倾斜有一定抑制作用。     

吸力贯入式板锚转动上拔过程的数值模拟研究

吸力贯入式板锚(SEPLA)是一种系泊深海浮式结构的新型基础,在转动上拔的过程中其埋深和承载力会不断减小。采用包络面塑性极限分析方法,对吸力贯入式板锚在其转动上拔的过程中的埋深损失和承载力进行了模拟分析,并考虑锚链、土和板锚的相互作用。研究了切向偏心、锚链泥线夹角等参数对埋深损失、板锚转角、承载力的影响,并与离心机模型试验数据验证。研究结果表明,随着锚眼切向偏心的增大,板锚埋深损失逐渐减小,甚至出现埋深增大的现象,但相应的承载力显著降低。当偏心比ep/en0.1时,板锚的承载力基本不变;当ep/en0.1后,板锚的承载力随ep/en增大而减小。泥线处锚链倾角越小时,板锚的转动角度越小,获得的承载力效果越好。     

考虑颗粒破碎影响的吸力贯入式平板锚安装过程研究

吸力贯入式平板锚是一种适用于深海结构的锚泊基础,基于离散单元法对吸力贯入式平板锚在颗粒可破碎地基中的安装过程进行了模拟,探究土颗粒破碎对锚体运动特征、埋深减少等的影响。研究结果表明,土颗粒破碎导致锚板安装受荷旋转过程中发生斜向上的贯穿运动,影响锚的埋深减少。贯穿运动的产生与吸力贯入式平板锚的几何尺寸偏心比大小有关,偏心比很小时,不发生贯穿运动,随偏心比的增大,贯穿运动的程度先提高后下降;与未考虑土颗粒破碎情况比较,土颗粒破碎导致锚体在安装过程中产生的埋深减少远大于在土颗粒不破碎时的埋深减少。同时在土颗粒可破碎地基中,受贯穿运动的影响,吸力贯入式平板锚偏心比达到0.3后,埋深减少不再随锚链拉力倾角增大而线性增加,锚链拉力倾角超过45°后,埋深减少随着锚链拉力倾角增大而增加的速度变快。     

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入时的阻力。基于极限平衡方法,提出了裙式吸力基础在黏性土中的沉贯阻力与所需吸力的计算公式,并验证其准确性。得到传统和裙式吸力基础在注水拔出过程中基础内部水压力、上拔阻力与基础上拔位移之间的关系,发现基础内部水压力随上拔位移先迅速增加至最大值,然后逐渐降低,裙式吸力基础最终上拔位移小于相同基础高度的传统吸力基础。得到了裙式吸力基础注水拔出阻力计算公式。     

旋转压入式灌注桩

为避免或减少由干打桩施工给周围环境带来的公害,一些国家的桩基工程都在向低噪声、低振动的灌注桩方向发展。日本的分析表明,与钢桩、RC 桩、PC 桩等相比,灌注桩近年不断增加。灌注桩因其具有低噪音、低振动等特点,而且又能按照实际荷载条件、土质条件灵活选择桩径、桩长、桩身应力等,因而是一种比较可靠的基础形式。然而灌注桩目前仍有一些问题,例如桩尖沉渣的检     

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。     

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。     

一种能直接量测高吸力的新型吸力传感器

研制了一种可以直接测量非饱和土中高吸力的新型吸力传感器以及相应的饱和装置。传感器本身的设计以及特定的饱和过程保证了该传感器可以测量到500 kPa的吸力。通过标定溶液浓度以及其通过半透膜产生的渗透吸力之间的关系,发现其结果与已有研究结论一致,验证了该传感器的测量准确性。     

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。     

浅谈吸力式桶型基础的应用与设计

随着海上能源产业的发展需要,特别是深海能源生产与运输设备的锚固与支撑,吸力式桶型基础近年来越来越广泛地应用于海洋工程中。通过对吸力式桶型基础的安装原理及其特点进行描述,对其在海洋基础中的应用以及承载力与土质的设计要求进行分析,全面地介绍并分析了吸力式桶型基础。     

基于CFD-DEM流固耦合方法的吸力锚基础负压沉贯数值模拟

吸力锚基础作为一种新型高效的海洋结构物基础形式在海洋工程中得到了广泛应用。对于砂土中的吸力锚沉贯研究,传统试验或有限元数值模拟存在一定局限性。采用基于离散单元法与计算流体动力学理论（CFD-DEM）流固耦合方法对吸力锚在砂土中的吸力贯入过程进行数值模拟分析;通过与室内物理模型试验、沉贯阻力理论解析计算结果进行对比分析,验证CFD-DEM流固耦合方法的有效性和准确性。进一步地,从土颗粒细观尺度上深入分析吸力锚在砂土中沉贯特性。数值模拟捕捉到贯入过程中锚内土塞和砂层变化现象,发现砂层呈现出中间向上凸起的弧状分布,说明贯入产生挤土效应,其造成的土体位移和膨胀也是土塞产生的原因。同时模拟得到贯入过程中的超孔隙水压力等势线分布变化情况和锚内砂层水力梯度的变化情况,证实了砂土中吸力贯入的“安全机制”。最后将数值所得的锚外负压比变化与Houlsby和Byrne理论模型计算结果进行对比,得到锚内土体渗透系数随沉贯的变化规律。通过本研究验证,采用离散元法结合计算流体动力学理论有效地模拟和捕捉吸力锚沉贯过程中的细观土水相互作用、宏观土体变形及渗流场分布等现象,该方法可作为吸力锚沉贯特性研究的一种有效手段。     

竖向荷载作用下裙式吸力基础承载性能研究

裙式吸力基础是一种新型的吸力基础形式,相较于传统的吸力基础,该基础竖向承载力得到了显著的提高。本文分别从竖向极限承载力、主桶顶板底部土压力分布、裙结构顶板底部的土压力分布和基础周围土体表面隆起量四个方面对裙式吸力基础的竖向承载特性进行了分析研究,以供借鉴参考。     

塔式起重机基础安装的一种新型式

我国建筑塔机固定式基础耗费巨大的事实早就引起了民众和媒体的关注。《中国建设报》2000年曾撰文介绍说:据测算,这种基础处理方式若继续使用10年,按照现在的塔机发展趋势,我国每年用于塔机基础的费用将达到50亿元,钢材22多万吨,水泥110多万吨,每年投入人工达260多万个人工日。如今,我国塔机增幅早已超过预期,仅2010年就新增四万多台,相应的塔机基础原材料和人工的耗费更是成倍数增长。尽管各种塔机无基座处理方式陆续问世,但是由于多种因素的限制,仍然没有得到有效的宣传和利用。相关人士向记者坦承,施工方和设备出租方之间的利益纠纷是无基座塔机大面积推广受阻的主要原因。目前,我国建筑施工单位和设备供应方多为分割独立,互不隶属。在这种情况下,设备方如果采用路基箱压重式塔机,一次性投入较大,并且转场费用增加;而固定式基础塔机耗费的钢筋混凝土则纳入施工费用,全部由施工单位承担,在租赁费用相同的情况下,设备供应方自然不愿自找麻烦。天津建工总包公司的优势在于:施工方和设备供应方隶属同一公司,各方利益统一,即使初期设备改造费用增加,但总体效益有了显著提高。针对施工方、设备方的利益纠纷,施工方如果将基础施工费用独立出来,若设备方可以供应无基座塔机,则按比例提取增加租赁费用,这会不会是一种解决之道呢?     

一种可调节式倒三角桁架拼装措施

机场、交通枢纽等钢结构工程中大型倒三角桁架和网架结构的拼装使用不可调节拼装措施,对标高不同的构件进行定位时胎架需要重新布点和组装,大大降低施工效率;施工中用一种可调节式倒三角桁架拼装措施,有效地改善了以上问题,通过在国内西南某奥林匹克体育中心建设过程中的实践应用,证明拼装用可调节式倒三角桁架拼装措施解决了现有不可调节拼装胎架存在的标高调节繁琐、重复布置点位、偏差调节困难等缺点。     

纺锤形桩靴基础贯入过程Eulerian-Lagrangian耦合有限元法的模拟

采用欧拉-拉格朗日耦合(Coupled Eulerian-Lagrangian,CEL)有限元方法对于纺锤形桩靴基础的贯入过程进行数值模拟,揭示均质黏土、均质砂土及上砂下黏层状地基中桩靴基础的贯入机理。通过与已有离心模型试验结果的对比,在一定程度上验证建立的CEL有限元模型的合理性,进一步表明基于圆形浅基础承载力理论的桩靴贯入阻力计算公式在预测深层贯入时误差较大。随后比较系统地探讨上层砂土内摩擦角、下层黏土不排水抗剪强度等土性指标对基础贯入阻力曲线的影响,为层状地基中纺锤形桩靴基础承载力的计算提供一定参考。     

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。     

水平荷载作用下张力腿平台吸力式基础的物理模拟

介绍了张力腿平台吸力式基础在水平静载和循环动荷载作用下的离心模型试验。通过水平静载离心试验获得了基础的水平承载力。利用电磁式激振器模拟动荷载,研究在动荷载作用下吸力式基础的动力响应,并比较了荷载强度和基础刚度对基础动力响应的影响。分析结果表明,在动荷载作用下,泥面下1～2 m深度内土体中孔压最大。当动荷载强度超过临界承载力时,基础周围土体有非常强的液化可能性。综合孔压变化和基础沉降规律分析基础有两种可能的破坏模式:振动最初1～2 h内的液化破坏和长时间激振后沉降过大引发的问题。将单桶连接成多桶基础,增大基础刚度,在相同动载强度下,周围孔压增长和激振沉降均小于承受相同荷载条件的单桶基础。     

基于地基液化效应的深海吸力式基础失稳破坏机理研究

与陆地建筑物相比,海洋工程中构筑物的受力情况非常复杂,因此,对深水海洋结构物的稳定性与安全性提出了更高的要求。本文通过考虑地基液化效应,采用数值计算分析方法,开展海洋吸力式基础失稳机理研究,研究结果表明:①地震荷载导致地基液化地层土体强度在空间上分布不均匀,从而降低了地基承载力性能;②随着地震荷载作用时间的增加,海床砂土液化地层孔压逐渐消散,土层承载性能降低,致使吸力式基础结构原有的应力状态发生改变,易造成吸力式基础结构失稳破坏。     

全液压步履式錘击贯入试桩法检验锤

前言用锤击贯入试桩法测定单桩承载力,首先应解决检验锤击装置的问题。我们从1980年初开展工作,经过设计、试验研究,现在已研制成功一台全液压步履式锤击贯入试桩法检验锤,在工程实践的考核中,该机的性能均达到设计要求。