沉入式桶式基础防波堤抗倾覆稳定性计算

在波浪荷载作用下,沉入式桶式基础防波堤抗倾覆稳定性是其稳定性计算的一个重要部分。假设沉入较深土层的桶式基础防波堤极限状态下的稳定性主要由桶侧土压力、桶侧摩阻力、桶底土反力、桶底摩阻力维持,其工作原理与挡土墙类似。文中假定桶体绕转动中心转动,港侧为被动土压力,海侧为主动土压力,同时假定被动侧桶底土体达到极限状态。由于下桶内部有较多隔墙,假定下桶结构与桶内土体协同变形,即桶与桶内土体看作一个整体。基于上述假设,通过解析的方式,推导了桶壁土压力及摩阻力、桶底土反力及摩阻力的表达式,建立了沉入式桶式基础防波堤满足抗倾覆稳定性要求的三维计算方法。通过数值分析与离心机试验对比,验证了本文抗倾覆稳定性计算方法的可靠性。     

采用拟静力法的新型桶式基础防波堤结构稳定性分析

三维情况下,桶体稳定性是一个复杂的空间结构与土相互作用的问题。结合工程实例,建立了三维新型桶式基础防波堤有限元模型,对其稳定性进行分析。从而,动力作用下桶体结构位移与目前静力计算的结果相差较大,针对这个问题,分析提出等效拟静力法,通过与动力作用后相等的孔压等效成与之对应的静荷载,然后计算桶体位移。该方法的关键是找出桶体前端底部土体孔压与静荷载之间的关系,同时找出此处土体孔压与动荷载之间的关系,从而建立静荷载与动荷载之间的关系。经数值模拟与试验对比,结果证明所提的等效拟静力法比较合理。在模拟与分析原型桶体基础上,进一步分析了不同尺度及不同荷载作用点高度时,桶体前端底部土体孔压与静荷载之间的近似直线关系。     

桶式基础结构稳定性试验研究

桶式基础防波堤结构在深厚软泥土沿海工程中逐渐引起关注并大量应用于工程实践,但单桶多隔舱桶式基础结构的稳定性尚未得到解决.采用原状软黏土,通过室内物理模型试验,探讨了桶式基础防波堤的稳定性,得到荷载—位移曲线的变化规律,下桶内的负压对荷载—位移曲线的影响及桶式基础结构破坏形式与外荷载的关系.试验证明,在表层土体的抗剪强度范围内,荷载与位移呈线性变化,否则,呈非线性变化.如果存在负压作用,荷载与位移的线性关系范围扩大,非线性关系范围缩小,最终破坏形式相同.桶式基础结构的破坏形式与外荷载的作用点及桶底面土体的强度直接相关.上述规律可以为新型桶式基础结构防波堤的设计、优化与完善提供参考.     

新型桶式驳岸基础结构施工及运营期数值模拟分析研究

某港口驳岸工程为了适应复杂的地质和水文条件,采用新型桶式基础结构,该型水工结构由1个基础桶体和2个上部圆筒体组成。桶体下沉安装施工完成后,对桶体后侧一定范围内的淤泥土进行砂桩加固,同时在上方吹填淤泥至设计标高。本文采用PLAXIS有限元软件对桶式基础结构进行二维数值模拟分析,其中桶体简化后采用板单元模拟。基于流固耦合的算法分别对桶体施工期与运营期内的位移和滑动稳定性情况进行了分析,得出在复杂地质水文条件下,该型水工结构与周围土体相互作用的变形规律。计算结果表明,上部桶体施工期和运营期的最大水平位移分别为18.2 cm和14.2 cm,下部桶体为16 cm和13 cm。桶体靠港侧的沉降大于靠海侧,差异沉降造成的滑动角度为0.14°。桶体水平位移和滑动角度均随着运营荷载的增加而增大。     

桶式基础气压模型试验和有限元分析

桶式基础结构是一种适用于软土地基的新型海工结构。为保证结构的可靠性,已对桶式基础使用期的承载力、稳定性和水动力特性进行了大量试验研究,但施工阶段的性状并未得到足够关注。为此制作了1∶8的小比尺模型并进行室内试验,研究设计规定的正压和负压下结构模型的内力、变形和气密性,获取了测点应变-加载时间的关系曲线。采用通用有限元软件ABAQUS对模型进行了弹性有限元分析并与试验结果比较。研究表明,桶式基础模型能承受设计规定的正压力和负压力,模型混凝土和钢筋应变变化规律与加压规律大体相符;弹性有限元分析结果与试验结果基本吻合。     

负压桶基础沉贯试验研究与分析

作为新型基础,负压桶基础具有较好的技术经济性。针对负压桶施工关键控制指标土塞隆起率的控制,通过开展粉质黏土中的负压桶沉贯模型试验,研究不同负压加载模式对施工效率及土塞隆起率的影响。试验加载负压均位于DNV规范方法获得的所需负压和临界负压之间。相同贯入深度条件下,消散模式施加的负压值大于持荷模式,且较大单级荷载下的负压消散模式在保持一定施工效率的同时,对土塞隆起率的控制效果较优。理论分析表明,深度变化率越大内侧摩阻力越大,土塞越难以形成,并从超孔隙水压力结果解释了负压消散模式下的土塞隆起率降低机理。土压力分析结果表明:负压消散模式下桶内土体对桶壁的有效应力高于负压保持加载模式,前者的侧摩阻力也更大。     

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...     

海上筒型基础的筒壁土压力计算

在风浪荷载作用下, 海上筒型基础结构的筒壁土压力计算是分析其稳定性的关键。当筒型基础发生转动时, 相比挡土墙的位移模式更加复杂, 筒体的转角和转动中心的位置都是影响土压力分布的重要因素。分析了筒型基础转动中心在不同位置时的土压力分布特点, 发现转动中心在筒体内部时, 同一侧筒壁上的土压力可能同时存在准主动区和准被动区, 呈非线性分布。基于考虑位移效应的土压力计算理论, 提出了适用于筒型基础不同转动模式的土压力计算方法, 得到筒壁纵向和环向的土压力计算式, 通过与现场实测结果和有限元模拟结果对比验证分析, 发现理论计算结果与实测结果和数值模拟结果一致性较好, 且能体现土压力的环向分布特点。     

沟埋式管道垂直土压力的数值模拟分析

针对目前沟埋式管道垂直土压力计算不够准确的情况,利用有限元软件ANSYS对沟埋式管道垂直土压力进行模拟分析。研究了垂直土压力的大小及分布随沟槽宽度、管土相对刚度的变化规律。结果表明,沟槽越窄、填土越高,沟槽的减荷作用越大。管土相对刚度越小,埋管垂直土压力越小。管土相对刚度系数等于0．3～0．4时,管顶土压力接近均匀分布。     

透空式开孔防波堤水动力特性的数值研究

利用开源软件OpenFOAM建立波浪数值水槽,在规则波作用下,研究了开孔透空式防波堤水动力特性的变化规律。利用物理模型实验对数值水槽的可靠性进行验证。结果表明开孔位置只在前挡板的情况下,防波堤的透射系数会先减小后增大,在开孔率为4%透射系数达到最小,前挡板所受到总的水平波压力和反射系数会一直减小。开孔方式和开孔形状对防波堤的水动力特性影响较小,开孔率对其影响较大。当保持开孔面积恒定的情况下,对只在前档板开孔和前后开孔面积各一半的情况进行了比较,并进一步分析了水动力特性随着前后挡板开孔形心垂直距离D的变化关系。结果发现,前后挡板都开孔要比只在前挡板开孔的情况好很多。随着D增大,透射系数会减小,总的水平波压力和反射系数会变大。当D大于0.05 m,透射系数、反射系数和总的水平波压力变化很小。     

无黏性土中筒型基础静压下沉模型试验研究

筒型基础是海洋结构物特别是海上风力机的重要基础型式之一,其下沉阻力的研究是该种基础型式成功应用的关键。以往下沉阻力计算多以静力触探的锥尖阻力为基础,考虑渗流对土体有效应力的影响,通过试验确定筒侧壁与端部阻力系数得到最终的下沉阻力,但对于下沉过程中筒-土间的挤压特性及摩擦系数研究较少。本文开展了3种不同厚径比的筒型基础静压下沉模型试验,测量了下沉过程中筒内外侧壁及端部土压力与总的下沉阻力;基于孔穴扩张理论及土塞效应建立了筒内外土压力的计算方法;以地基承载力公式为基础推导了筒端土体阻力的计算方法。研究表明筒型基础下沉过程中筒土间摩擦系数约为0.4,DNV规范推荐的k_f=0.001~0.003仅适用于计算筒外壁摩阻力,实测的筒内壁摩阻力远大于计算值,端阻力系数k_p与土体的有效内摩擦角相关,k_p=1.8时计算值与实测值吻合较好。     

软土地基双排钢板桩围堰数值分析

采用Plaxis软件对软土地基双排钢板桩进行数值分析,验证了双排钢板桩两侧设置踢脚的重要性和必要性,论证围堰填筑及降水速率等因素对工程安全的影响并进行微观模拟量化研究。结果表明:为更好地提高工程围堰的安全稳定性,普通软土区域的钢板桩插入深度最好为基坑开挖深度的1倍以上;踢脚应依据软土分布及深度情况合理进行设置;钢板桩围堰的施工期应控制合理的进度。研究成果为类似工程的设计施工提供参考。     

尾坎位置对坎式阶梯溢洪道水力特性影响研究

〗坎式阶梯溢洪道具有较高的掺气效率,然而目前为止对其详细流场结构以及消能特性开展的研究尚不多见。为此结合VOF法,采用标准k-ε紊流模型对带尾坎的阶梯溢洪道进行了三维数值模拟,研究了不同尾坎位置对其水力特性的影响。结果表明：随着尾坎向上游移动,水面线和尾坎下游侧的旋涡大小均无明显变化,但尾坎上游侧的旋涡尺度逐渐减小;对于不同体型,同一台阶凸角上流速呈先增加后不变的规律,而对于同一体型,下游台阶凸角上流速大于上游的;台阶水平面上最大压强先增加后不变,台阶竖直面上最小压强逐渐减小,而尾坎下游侧竖直面上最小压强则呈增加的趋势;台阶面上最大紊动能耗散率逐渐增加,而尾坎上的则相反,总的消能率变化甚微。     

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。     

饱水格栅加筋土挡墙结构特性数值分析

格栅加筋土挡墙由面板、格栅和土体组成。本文根据加筋土挡墙筋土相互作用的特点,将格栅与其上下表面一定厚度的土层视为具有应变相容条件的筋土复合材料。引入饱和多孔介质模型来模拟土体和筋土复合材料,由此建立了饱水格栅加筋土挡墙结构特性数值分析的数学模型。采用Galerkin加权残值法推导出有限元平衡方程,求解该方程,得到饱水格栅加筋土挡墙的动力响应。算例分析表明,格栅加筋土挡墙在饱水状态下的变形和塑性区分布有明显增大,且呈现外倾变形特征,挡墙的承载力也有较大幅度的降低。     

软土深基坑组合开敞式支护数值模拟与监测分析

以某沿海地区深基坑工程为背景,介绍了软土地区采用分级卸荷、重力挡墙和桩锚组合的开敞式基坑支护型式。通过建立三维有限元模型模拟基坑开挖过程,对比数值模拟和现场监测结果,分析了基坑支护桩水平位移和锚杆力的变化规律。结果表明:支护桩变形和锚杆力的模拟值与监测结果趋势一致,实测结果与预测值的整体偏差在15%以内,基坑工程处于安全稳定状态;三维有限元模型可以较好地考虑基坑在组合支护情况下重力挡墙和空间效应对桩锚结构受力的影响,具有较高的可信度;对于软土基坑,将重力挡墙和桩锚组合,并结合分级卸荷,改变了支护结构上的土压力分布规律,能够有效控制基坑变形,确保支护结构稳定。应用成果可以为同类工程提供参考。     

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。