饱和细海砂中裙式吸力基础水平承载机理模型试验研究及数值分析

摘要

海上风电工程开发，由于资源丰富、占用的陆地及无视觉污染等优点，受到沿海国家的高度重视。吸力基础具有施工方便，可重复利用等优点，是海洋工程中目前普遍采用的一种新型基础形式，目前也被成功到应用于海上风电工程。作为海上风电塔架的基础，主控荷载为水平荷载，是整个工程结构设计的关键。为了有效提高基础的水平承载能力和控制水平侧移，提出了一种改进的吸力基础形式-裙式吸力基础。非常适合作为海上风电塔架的基础。
　　采用模型试验以及有限元方法，研究了裙式吸力基础水平承载机理，讨论了裙式吸力基础水平承载力及侧移影响因素，研究了基础周围土压力的分布规律以及地基土的变形和影响范围。得出以下结论:
　　(1)为了把模型试验结果推广到实际工程，水平荷载及水平侧移进行了无量纲化处理。裙式吸力基础水平承载力较单桶基础显著提高，同时控制了基础侧移，较单桶基础，水平承载力提高范围为26.1％-64.1％，侧移减小67.2％-86.8％。基础水平承载力随裙高、裙宽、主桶长径比的增加而增大，随加载高度的增加而减小。
　　(2)运用荷载-侧移关系曲线及土压力分布关系分别研究了基础转动点的位置变化。单桶基础转动点位于0.75倍主桶埋深处，通过荷载-侧移关系确定基础转动点位于基础顶面以下0.45-0.7倍的主桶埋深处;通过土压力分布确定裙式吸力基础的转点位置位于0.58-0.63倍的基础埋深处，两种方法确定转动点位置较吻合。
　　(3)“裙”结构影响基础周围土压力分布。试验结果表明，相比于传统吸力基础，裙式吸力基础的主桶结构前侧受到的被动土压力减小，平均减小幅度为57.8％。
　　(4)研究了地表变形及变化规律。沿加载轴线方向，地基隆起范围约为2.2倍到3倍主桶直径，与加载方向相反，地基隆起范围约为1.1到15倍主桶直径。基础后侧砂土沉陷范围相比于地基隆起范围非常小。基础前侧砂土隆起范围随裙高增加而增大。
　　(5)对中砂中吸力基础进行了沉贯研究。证明了基础在中砂中的可沉贯性。试验条件下，基础内部“土塞”和“水塞”均平稳上升。基于试验结果，提出了一种计算沉贯过程中基础所需吸力的解析表达式。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 吸力基础的研究现状

1．3 研究内容及创新点

2 试验装置及土体制备

2．1 引言

2．2 试验装置

2．3 试验用砂及土体制备

2．4 砂土原状孔隙比测定

2．5 小结

3 中砂中吸力基础的沉贯研究

3．1 引言

3．2 吸力基础沉贯试验

3．3 吸力基础负压沉贯计算

3．4 小结

4 荷载控制式裙式吸力基础水平单调加载试验

4．1 引言

4．2 试验过程

4．3 试验结果分析：变形分析

4．4 试验结果分析-土压力分析

4．5 小结

5 位移控制式裙式吸力基础水平单调加载试验

5．1 引言

5．2 试验过程

5．3 试验结果分析

5．4 加载方式比较

5．5 模型箱水位对试验结果的的影响

5．6 小结

6 裙式吸力基础模型试验的有限元分析

6．1 引言

6．2 Z_SoIL软件及土体本构模型介绍

6．3 有限元模型建立及土体参数确定

6．4 有限元模拟分析

6．5 小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

攻读硕士期间主要成果及科研情况

参考文献