黏土地基桶形基础承载特性与参数敏感性分析

为了研究黏土地基桶形基础的承载特性,开展了离心模型试验和数值分析研究,得到了荷载位移曲线,揭示了其主要破坏模式,分析了土体参数、基础尺寸对其承载特性的影响规律。结果表明,海上风机桶形基础的破坏模式主要为转动;土体修正剑桥模型参数回弹曲线斜率、泊松比、孔隙比、有效重度对承载特性影响较大,研究条件下桶形基础的最优高径比约为0．57。     

竖向条形锚板水平拉拔承载规律试验研究

针对竖向条形锚板的拉拔承载研究存在人为区分浅埋、深埋,且界定标准及对力学模型的对称性认识不统一等问题,为了理清锚板拉拔承载随埋深的演化机理,基于数字照相测量技术对砂土中竖向条形锚板的水平拉拔问题开展模型试验研究,就拉拔极限承载力及板前土体位移变形特性随埋深比的变化规律进行分析。试验研究采用自制试验装置开展了14种埋深比工况下的水平拉拔试验,并获得了相应的荷载位移曲线。试验过程中对板周区域进行拍摄,并通过数字图像分析技术构建拉拔过程中板周土体的位移场。结果表明:中密砂中竖向条形锚板的水平拉拔极限承载力随着埋深比的增加而增大,速率由快趋缓,归一化后的承载力比可用埋深比的二次多项式进行表达。随着埋深比的增大,极限拉拔下板前砂土的位移场形态总体上表现出由非对称逐渐向对称连续变化的规律,并可用上下包络角来反映;上包络角基本不随埋深比发生变化,始终保持在(π/4+φ/2)+π/2左右;下包络角则随着埋深比的增加非线性增大,并最终趋于和上包络角相等,范围介于π/2到(π/4+φ/2)+π/2之间。研究成果可为条形锚板水平极限拉拔力学模型的构建提供新的依据。     

吸力式沉箱组合基础承载特性研究

基于吸力式沉箱基础应用于桥梁工程的背景, 考虑不同数量的沉箱组合和沉箱间距, 通过数值模拟的方法研究了吸力式沉箱组合基础的承载特性, 重点分析了组合基础与单个基础承载性状的差异, 以及连接各沉箱的顶板对基础承载力的贡献。计算结果表明, 沉箱组合基础与单个沉箱基础的荷载-位移曲线类型都相同; 受类似于“群桩”效应的影响, 竖向荷载作用下组合基础中的沉箱承载力不能完全发挥, 但由于沉箱之间的连接顶板可以提供阻力, 所以当沉箱间距较大时组合基础的承载力会大于相应数量单个基础的承载力之和, 且随着沉箱间距的增大而增大; 对于水平荷载作用下的吸力式沉箱组合基础, 其承载力大于相应数量单个基础的承载力之和, 连接顶板底部与土体之间的摩擦和挤压对于组合基础承载力的提高可以忽略不计。     

水平荷载下饱和软黏土中裙式吸力基础承载特性

海上风力资源的开发目前是世界各国关注的能源热点问题。裙式吸力基础能有效提高基础的水平承载力及显著控制所产生的水平位移,非常适合作为海上风电塔架的基础。针对裙式吸力基础在饱和软黏土中的水平受荷情况,采用数值分析的方法,讨论了不同裙尺寸对裙式吸力基础的水平承载力、周围土体变形、转动点位置的影响。研究发现:裙式吸力基础水平承载力比传统吸力基础有显著提高,且随裙高和裙宽的增大而增大;对比传统吸力基础,裙式吸力基础达到极限承载力时,对周围土体的影响范围更大,然而沿加载方向基础前侧土体隆起量明显小于传统吸力基础;增大裙高,基础达到极限承载力时转动点沿基础埋深发生上移。研究成果对作为风电塔架的裙式吸力基础设计具有一定参考价值。     

松砂中倾斜锚板上拔承载特性模型试验研究

以福建标准砂为填料,对松砂中倾斜锚板的上拔承载特性进行了试验研究,采用数字图像相关技术分析了上拔时锚周土体的变形特性,重点探讨了锚板倾斜角度(倾角)和埋深比的影响。试验结果表明：对同一倾角,锚板上拔力峰值和所对应的位移水平均随着埋深比的增加而逐渐增大;对同一埋深比,随着锚板倾角的增加,上拔曲线发展形态基本一致,但埋深比的变化会对曲线形态产生影响。在较大埋深比条件下,锚板倾角对上拔承载力的影响具有区间效应,即当倾角约为10°时,上拔极限承载力最小,数字图像分析表明,此现象与不同倾角锚板上拔时竖向和侧向土体抗力的不同发挥机制密切相关。     

粉质黏土中筒型基础沉放的影响范围研究

随着我国近海风电场规模化建造,宽浅式筒型基础得到了越来越多的应用。为了抵抗百米高塔筒产生的巨大弯矩,筒型基础直径达到了40 m。为了准确评估筒型基础在施工期和服役期的地基承载力,有必要研究筒型基础沉放过程对周围土体产生的影响。本文开展了系统的室内模型试验研究,模拟了筒型基础的自重沉放与负压沉放过程,监测了筒基沉放过程中筒内外土体孔隙水压力变化及沉放前后土体强度的改变;基于孔穴扩张理论推导了筒型基础沉放最大径向影响范围的计算公式。研究结果表明:筒型基础在自重沉放阶段对周围径向土体的影响范围为距筒中心2.2倍半径;负压沉放阶段对土体的影响范围为距筒中心1.6倍半径。     

粉砂地基中复合筒型基础水平承载特性研究

为揭示粉砂地基中海上风电筒型基础水平承载特性,采用有限元法进行数值建模,并利用离心模型试验结果进行对比验证。研究结果表明：荷载前侧筒壁纵向土压力呈拱形分布,荷载后侧筒壁纵向土压力呈三角形分布,垂直加载时侧筒壁纵向土压力接近静止土压力,且随着荷载的增加,纵向土压力非线性分布愈明显;筒壁径向土压力与cosθ(θ为水平投影平面上计算点与基础中心连线与荷载方向的夹角)呈线性关系,随着荷载的增加,二者间亦逐渐呈非线性变化;随着荷载的增加,基础转动中心向上方和加载方向移动,达到极限承力时,转动中心的深度大致位于筒体底端附近;长径比不影响转动中心的运动规律,且长径比对转动中心竖向位置的影响远大于水平位置。研究结果可为基础结构的优化设计提供参考。     

套筒强夯长短桩复合地基承载特性研究

【目的】随着大型海洋工程项目不断发展,对水下软土地基处理提出了新的挑战,水下挤密砂桩和水下水泥搅拌桩复合地基等传统方法具有定位难、制桩难、桩体质量差等问题,始终制约着其在海洋工程中的应用和发展。【方法】借鉴陆上孔内深层强夯施工方法,因地制宜地提出水下套筒强夯复合地基成桩技术,该技术使用套筒阻隔海水进入桩孔,具有定位准、加固深和强度高等优点,通过模型试验的方法对该技术进行研究。【结果】结果表明,在强夯碎石桩与传统碎石桩相结合的工况下,地基极限承载力提高50%以上,等长度群桩复合地基极限承载力比长短桩复合地基提升18%;在全部采用强夯碎石桩的工况下,地基极限承载力提高170%以上,等长度群桩复合地基极限承载力比长短桩复合地基提升3.7%。【结论】全部采用强夯碎石桩的复合地基比强夯碎石桩与传统碎石桩组合而成的复合地基承载力提高更多,在提高承载力方面,采用套筒强夯长短桩复合地基更加经济有效。     

桶长对吸力桶基础承载特性影响的数值模拟研究

以某海域海上风电工程导管架吸力桶基础为研究对象,采用ABAQUS有限元数值模拟软件,开展不同桶长吸力桶基础的承载特性研究.结果表明,吸力桶基础水平与竖直承载力均随桶长增加而增加;水平荷载下,吸力桶基础顶部土体产生与荷载同向位移,底部土体则出现相反位移,吸力桶基础的破坏模式为旋转破坏;竖直荷载下,吸力桶底土体形成勺形破坏...     

饱和砂土吸力基础沉贯过程中渗流场分布

针对不同长径比的传统吸力基础及裙式吸力基础,采用有限元数值模拟的方法,研究其在饱和砂土内吸力沉贯过程中的土体渗流场分布规律。研究结果表明:传统吸力基础在沉贯过程中,土中渗流场均呈现层状分布,水头等值线密集分布于主桶内部土体,相对比较平缓;而主桶外部水头等值线变化较小且分布比较稀疏。裙式吸力基础渗流场主要存在于主桶内部和裙结构内部,并向外扩散至部分土体。吸力沉贯过程中土体的水头损失主要集中在主桶内部和裙结构内部,土体中的孔压分布和传统吸力基础规律一致,即成层状分布并未出现泡状的孔压分布形式。研究成果对揭示吸力基础沉贯机理有理论指导意义。     

土体加固对筒型基础承载特性的影响研究

为正确评估软体地基加固对提高筒型基础承载力的影响,建立考虑土体渗流~应力耦合效应的三维数值模型,模拟了筒顶负压抽水的土体加固过程,分析了筒内土体加固对筒型基础承载特性的影响。研究结果表明:在负压加固作用2.5 d后,筒顶沉降趋于平缓,孔隙负压扩散范围广,筒内土孔隙比下降幅度大,加固效果较好。此时,筒土之间接触更为紧密,极端荷载下筒顶脱开率大幅下降。在单一加载情况下,土体加固提高竖向设计承载力42.6%,水平设计承载力129.2%,抗弯设计承载力69.6%,竖向极限承载力4.4%,水平极限承载力61.3%,以及抗弯极限承载力99.1%。在复合加载情况下,土体加固前后V~M、V~H、V~H~M包络线存在一定的差异,未加固土体筒基的包络曲线分布在加固后的筒基外侧。通过试验数据对计算模型进行验证,吻合良好。这意味着现有的筒型基础设计仍有较大的优化空间。     

黄土地基地下连续墙基础竖向抗压特性试验研究

地下连续墙基础是一种埋深相对较浅的摩擦性基础,在巨厚层黄土地基中具有广阔应用前景。为研究大厚度黄土场地闭合型地下连续墙竖向抗压承载特性,选用石英粉、砂、膨润土和石膏制备黄土相似材料,模拟天然原状黄土,选用有机玻璃制作模型墙,进行室内缩尺模型试验,研究地下连续墙基础荷载传递机理与竖向抗压承载特性。结果表明:地下连续墙基础在竖向荷载作用下的荷载-沉降关系曲线呈陡降型,存在显著破坏特征点。地下连续墙基础竖向承载力由内墙侧摩阻力、外墙侧摩阻力、承台土反力和墙端阻力共同组成。地下连续墙竖向承载力达到极限时,总侧摩阻力占62%,为端承摩擦型基础,芯土的存在可有效减小地下连续墙基础沉降。试验结果可为大厚度黄土场地地下连续墙基础的选型设计提供参考。     

循环荷载下桩网复合地基中桩的承载特性分析

循环荷载下桩网复合地基中桩的承载特性变化值得关注,特别是循环荷载幅值及加筋层数对桩承载特性的影响尚有待研究。通过桩网复合地基的室内模型试验分析了循环荷载幅值、循环次数、土工格栅层数对复合地基中桩的桩身轴力、桩侧总摩阻力、桩端阻力的影响。研究结果表明,桩身轴力及桩端阻力随着循环荷载次数及幅值的增加而增加,而桩侧总摩阻力随循环荷载次数增加而减小;随着土工格栅层数的增加,桩身轴力、桩侧总摩阻力及桩端阻力随之增大。循环荷载幅值及土工格栅层数对桩承载特性的影响较大。结论可为桩网复合地基设计提供参考。     

斜板式水沙分离装置中泥沙水力沉速特性研究

为探明斜板式水沙分离装置中的泥沙沉降特性,设计了由3个不同斜板间距的水槽串联组成的试验装置,通过量测该模型装置溢流口的泥沙中值粒径,并结合泥沙沉降半经验公式,对装置中泥沙的群体沉速特性进行了分析研究。结果表明:装置中每一级斜板的截留速度均比泥沙群体沉速小,泥沙均能发生沉降;每一级斜板能够分离出的最小的泥沙中值粒径计算值与现场实测值非常接近。     

斜板式水沙分离装置中泥沙水力沉速特性研究

为探明斜板式水沙分离装置中的泥沙沉降特性,设计了由3个不同斜板间距的水槽串联组成的试验装置,通过量测该模型装置溢流口的泥沙中值粒径,并结合泥沙沉降半经验公式,对装置中泥沙的群体沉速特性进行了分析研究.结果表明:装置中每一级斜板的截留速度均比泥沙群体沉速小,泥沙均能发生沉降;每一级斜板能够分离出的最小的泥沙中值粒径计算值与现场实测值非常接近.     

饱和中密砂地基中浅基础承载力与变形特性模型试验研究

采用土工鼓式离心模型试验技术,针对饱和中密砂地基的荷载-位移关系、地基承载力系数与基础宽度的关系以及基础尺寸效应等问题进行了研究,对离心模型试验结果的分析方法进行了改进。研究结果表明在有基础埋深情况下,当砂土相对密实度增加时,竖向荷载-位移曲线的斜率在V/D=0.15以后的变化趋势比较明显;随着基础宽度的增加,竖向荷载-位移曲线的初始斜率逐渐增加;将确定地基承载力特征值时所采用的V/D设定在0.015~0.05的范围内时,试验得到的承载力系数N_γ与承载力公式的结果比较接近;当基础宽度>2.0 m时,承载力系数的基础尺寸效应随着地基相对密度的增加而逐渐明显。     

水电站厂房结构梁板柱系统动力特性研究

为研究厂房不同楼板结构型式和立柱布置条件下梁板柱系统振动特性的差异,结合泸定水电站地面厂房的实际建立三维有限元模型,对梁板和厚板两种结构型式的自振特性和机组振动荷载下的振幅进行了研究。结果表明,在保证混凝土方量一致的前提下,梁板结构的自振频率略高于厚板结构。随着楼板厚度的增大或者立柱个数和截面尺寸的增加,楼板自振频率逐渐提高,机组动荷载作用下的结构振幅有所减小。但当楼板厚度达到一定值时,其自振频率的增加幅度和结构振幅的降低幅度越来越小。相对而言,增加立柱个数和截面尺寸比增加楼板厚度对楼板抗振更为有利,但有可能带来厂房布置上的困难。因此,实际工程中应综合考虑厂房结构混凝土方量、施工难度和结构布置等因素选择具体的楼板结构型式和立柱布置方案。     

亲水性树脂基复合模型沙力学特性试验研究

 在广泛收集分析国内外各种模型沙特性的基础上, 根据长江防洪实体模型相似要求，研制了一种新型亲水性树脂基复合模型沙，并对该种沙密度、休止角、起动、沉降等基本物理力学特性以及阻力特性进行试验研究。在此基础上采用该模型沙进行局部河段动床验证试验。试验结果表明：该模型沙基本满足长江防洪实体模型沉降和起动等各项相似要求；具有物理性质稳定且可调节、能够批量生产等优点；床面糙率值为0.013～0.021,并随着沙波发育逐步增大。