饱和砂土中裙式吸力桶形基础竖向承载力分析

摘要

吸力基础作为海洋工程中新型的基础型式，具有造价低、施工方便、可重复利用等优点，被广泛应用于海洋工程中，并作为浅海风力发电的基础。裙式吸力桶形基础是对传统吸力基础的改进，与传统吸力基础相比，具有更高的承载特性和控制变形的能力，尤其适合应用于浅海风电基础工程。吸力基础的研究主要分为沉贯性能和承载特性的研究，裙式吸力基础的沉贯及水平承载特性已取得一定成果，而对其竖向承载特性的研究较少，论文采用有限元数值模拟软件ABAQUS和室内模型试验相结合的方法，对饱和砂土地基中裙式吸力桶形基础的竖向承载力进行分析，主要研究内容如下:
　　(1)建立不同长径比的传统吸力基础的有限元模型，分析长径比的改变对于传统吸力基础竖向承载特性（包括极限承载力、周围土体的隆起量、土压力的变化等方面）的影响，通过数值模拟结果进一步探究传统吸力基础的单调竖向承载破坏机制。结果表明，传统吸力基础在承受竖向荷载时，主要受力部位为顶板和桶体内壁，且二者承担荷载比重随基础长径比的改变而改变:长径比从1增加到2，顶板承担荷载的比重从43％降到19％，主桶内壁承担荷载比重从48％增加到72％。
　　(2)重点分析裙式吸力基础的竖向承载特性，建立不同裙结构尺寸的的基础模型，探究“裙”结构的引入对吸力基础竖向承载力的影响。模拟结果显示，“裙”结构的引入提高了吸力基础的单调竖向极限承载力，裙式吸力基础的竖向极限承载力是传统吸力基础的2.5～3.3倍。且裙宽的改变对基础承载力的影响较大，通过对相同尺寸的平板进行竖向承载力有限元模拟，验证裙宽的重要性并探究裙式吸力基础的破坏机制。
　　(3)进行室内模型试验来分析裙式吸力基础的竖向承载力特性，试验结果显示裙式吸力基础的竖向极限承载力远远大于传统吸力基础，且裙结构尺寸的改变对于基础的承载性能影响较大。裙宽的影响较为明显，与前文中数值模拟结论一致。
　　综上所述，结合数值模拟与模型试验的分析结果，发现裙式吸力桶形基础较传统吸力基础大大提高了其竖向承载力。合理的裙结构尺寸可大大降低基础对周围土体的扰动，降低用钢量及沉贯难度，具有很重要的工程实用价值。目前我国正在大力发展海上风力发电工程，裙式吸力桶形基础的竖向承载力研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 吸力基础研究现状

1．3 研究内容及创新点

2 有限元模型介绍

2．1 引言

2．2 ABAQUS软件介绍

2．3 Mohr-Coulomb本构模型

2．4 参数设置

2．5 小结

3 传统吸力基础竖向承载力有限元分析

3．1 引言

3．2 模型尺寸

3．3 单调竖向承载特性

3．4 单调竖向承载破坏机制

3．5 小结

4 裙式吸力基础竖向承载力有限元分析

4．1 引言

4．2 模型尺寸

4．3 单调竖向承载特性

4．4 单调竖向承载破坏机制

4．5 小结

5 裙式吸力桶形基础在竖向荷载作用下的模型试验

5．1 引言

5．2 试验系统

5．3 试验结果与分析

5．4 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

攻渎硕士期间主要成果及科研情况

参考文献