多舱复合筒型基础负压下沉渗流场特性研究

摘要

多舱复合筒型基础是一种海上风机结构的新型基础型式，内部分舱的设置能够提高基础的拖航稳性以及实现安装过程的精确调平。筒型基础依靠筒内外的压力差实现沉放安装，在砂土等高渗透性的土体中，筒内外的压力差会引起从筒外土体向筒内土体的渗流，渗流反过来又会影响筒型基础的负压下沉过程。本文以带分舱板的单筒复合筒型基础作为研究对象，开展了筒型基础负压下沉过程的室内模型试验和有限元分析，研究了无分舱筒型基础和多分舱筒型基础负压下沉过程的渗流场特性以及多分舱筒型基础调平过程的渗流场特性。本文主要研究内容和成果如下：
　　（1）针对直径为30cm、高12cm、裙板厚2mm的无分舱筒型基础和相同尺寸、分舱板厚2mm的多分舱筒型基础两个模型，进行了在砂土中沉放的小比尺室内试验。揭示了基础负压下沉过程中下沉深度随时间、下沉深度随负压的变化规律，发现基础在沉放后期，由于渗流场的产生使得筒内出现土塞，筒内土体高于筒外土体，土塞的形成会影响基础进一步沉放安装；对于无分舱筒型基础，基础负压下沉过程中，筒周围土体中形成由筒外流向筒内的渗流场，在竖直方向上，筒内土体形成从下向上的渗流场；筒外土体形成由上向下的渗流场。对于多分舱筒型基础，渗流场的渗流方向大部分从筒外流向边舱，一小部分从筒外流向中间舱，相比于中间舱，更容易形成由筒外流向边舱的渗流场，边舱内土体的超孔压绝对值大于中间舱。
　　（2）采用 ADINA有限元软件，建立无分舱筒型基础和不同分舱尺寸的多分舱筒型基础的二维模型，揭示了基础负压下沉和调平过程中的水头分布情况、渗流梯度和渗流速度等渗流要素。分析发现多分舱筒型基础的总水头等势线和孔压水头等势线的分布规律与无分舱筒型基础大体一致，边舱内水头等势线较中间舱密，边舱内的渗流力和渗流梯度大于中间舱内渗流梯度，边舱内更易形成稳定渗流，且不受分舱尺寸大小的影响。
　　（3）对于多分舱筒型基础的调平试验和调平过程的 ADINA有限元分析中可以看出，仅对中间舱抽负压，渗流从边舱底端流向中间舱，筒外土体中的水流向边舱底端进行补给，边舱内部土体除边舱底端不形成渗流场，渗流力和渗流梯度最大的区域发生在分舱板底端；仅对边舱抽负压，渗流从筒型基础外侧流向边舱内部，基础的中间舱和边舱之间不能形成渗流，渗流力和渗流梯度最大的区域发生在筒外壁底端。

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第一章 绪论

1.1筒型基础概述

1.2 筒型基础渗流问题的研究进展

1.3 本文研究内容及意义

第二章 试验装置与试验方法

2.1 试验砂土

2.2 试验装置

2.3 试验模型

2.4 试验内容与方法

第三章 筒型基础在砂土中负压下沉试验研究

3.1筒型基础负压下沉试验工况

3.2筒型基础负压下沉渗流场特性

3.3多分舱筒型基础就位调平试验研究

3.4本章小结

第四章 筒型基础负压沉放渗流场特性数值分析

4.1 渗流基本理论

4.2 基于ADINA的纯渗流场分析

4.3 调平过程的ADINA有限元分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2存在的问题与展望

参考文献

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致谢