筒壁变形对筒型基础砂土中沉贯阻力的影响研究

摘要

吸力式复合筒型基础是一种新型的海上风机基础结构，具有运输方便和施工高效等特点，近年来开始受到工程界的关注。但是在复合筒型基础吸力沉贯安装的过程中，压差过大会造成筒壁出现弯曲变形甚至屈曲破坏的风险；同时，筒型基础的沉贯调平过程机理复杂，可能发生筒体倾斜进而改变筒壁与周围土体的受力模式，出现筒壁“相对弯曲”变形的风险，从而不利于筒型基础的安装施工。 本文从对上述筒体发生弯曲变形的两种情况进行分析说明入手，设计了三种模型试验筒：标准直筒、倒锥型筒和正锥型筒，然后通过在砂土中对模型筒进行沉贯试验并记录试验数据，对三个模型筒的沉贯阻力进行对比分析，观察筒壁变形后对不同阶段筒基沉贯阻力的影响，同时对造成该现象的原因从理论公式、挤土效应以及土塞效应等机理进行解释说明；进而下一步针对试验结果，提出了减阻环和压-拔加载等两种减阻措施，分析不同减阻措施对不同试验模型筒沉贯减阻的效果，并给出了相应的施工减阻改良措施。 试验结果表明：在同等沉贯深度下，变形模型试验筒体在沉贯过程中相对于标准直筒其沉贯阻力会增加，且倒锥型筒基沉贯阻力增幅最大；减阻环对于筒基沉贯阻力影响因试验筒体形式而异，对倒锥型试验筒减阻效果最为明显；压-拔加载方式对所有模型试验筒均有减阻效果，但作用程度不一，减阻环会降低压-拔加载方式的减阻效果；现场施工过程中可以参考本文结论，通过改变减阻环形式以及调整压-拔工作方式等措施，对筒型基础的现场沉贯施工减阻具有指导意义。

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摘 要

ABSTRACT

目 录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1海上风电的发展

1.1.2 海上风机基础形式

1.1.3课题研究意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1筒型基础研究进展

1.2.2 筒型基础沉贯过程研究

1.3 本文主要研究内容与研究方案

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方案

第2章 复合筒型基础沉贯过程中的筒壁变形研究

2.1 复合筒型基础沉贯施工流程介绍

2.2 复合筒型基础受负压产生变形风险介绍

2.2.1 筒体沉贯过程中受力状态分析

2.2.2 考虑初始缺陷的筒体变形数值模拟

2.3 筒体倾斜产生的“类变形”弯曲情况介绍

2.4 本章小结

第3章 试验装置与试验方法

3.1 试验砂土

3.1.1 土体颗粒级配

3.1.2 土床制备与养护

3.1.3 砂土直接剪切试验

3.1.4 动态标准贯入仪试验

3.1.5 静力触探试验

3.2 模型试验筒

3.2.1 模型试验筒设计

3.2.2 模型试验筒参数

3.3 试验装置与传感器布置

3.3.1 试验装置组装

3.3.2 数据采集系统

3.4 试验加载工况

3.5 本章小结

第4章 筒壁变形对筒型基础沉贯阻力影响

4.1 模型试验加载过程

4.2 变形筒沉贯阻力研究

4.2.1 沉贯深度0-100 mm阶段

4.2.2 沉贯深度100-200 mm阶段

4.2.3 沉贯深度200-350 mm阶段

4.2.4 沉贯深度350-500 mm阶段

4.3 变形筒沉贯阻力试验结果原因探析

4.3.1 沉贯阻力理论计算公式

4.3.2 挤土效应原理

4.3.3 土塞效应原理

4.4 本章小结

第5章 变形筒减阻措施研究

5.1 减阻环减阻效果研究

5.1.1 设置减阻环减阻试验概况

5.1.2 减阻环减阻试验结果分析

5.1.3 减阻环减阻试验结果原因探析

5.2 压-拔加载方式减阻效果研究

5.2.1 模型试验筒压-拔试验结果

5.2.2 压-拔减阻措施有效减阻区间

5.2.3 压-拔加载减阻实验原因分析

5.3 施工指导意义

5.3.1 减阻措施分析

5.3.2 施工减阻借鉴意义

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 存在的问题与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢