多筒系缆平台原型顶升试验研究

描述了位于渤海辽东湾93地区人工岛靠船系缆平台原型顶升的试验过程,系缆平台的基础采用三筒结构型式,这也是我国应用于海洋工程的第一座多筒型基础平台。尽管海上施工对筒型基础沉/拔过程有了一定的经验,但筒型基础平台在长期使用后的拔出复用还没有任何的工程经验,此次顶升试验验证了筒型基础平台移动复用的可行性,利用主要测试结果给出了筒基上拔顶升力的相关分析,对海上原型结构顶升施工的可行性及筒型基础使用过程中的动态抗拔力的变化具有直接的参考意义。     

砂土中筒型基础沉放过程渗流特性和沉贯阻力研究

筒型基础的沉放是一项关键施工过程,沉放时土体在施工负压下产生渗流场,而渗流对基础筒壁的侧摩阻力和端阻力产生影响,导致沉贯阻力难以预测。针对这一问题,首先应用试验和数值模拟的方法,对筒型基础沉贯过程中的渗流特性进行分析,揭示筒壁两侧及筒端土体超孔隙水压力的分布;然后将分析结果应用于沉贯阻力的推导中,并对推导的公式进行验证。研究表明：筒型基础沉贯过程中,筒壁两侧土体的超孔隙水压力沿筒壁深度几乎呈线性变化,在接近筒端时出现非线性变化;不同的沉贯深度下,渗流对沉贯阻力的影响不同,随着沉贯深度的增加,减小的阻力占总沉贯阻力的比值越来越大;通过推导的理论公式计算的试验模型和实际工程的沉贯负压理论计算值与实测值吻合较好。     

考虑挤土效应的筒型基础沉放阻力数值分析及试验验证

鉴于传统的筒型基础沉放阻力计算公式或数值分析方法均没有考虑筒壁内外侧挤土效应的差异,对于窄深型或是带分舱板的宽浅型筒型基础,由于筒壁或者分舱板的约束作用,基础内侧挤土效应有时远大于外侧,用传统方式计算沉放阻力可能存在较大误差。为揭示筒壁内外侧挤土效应的差异情况,采用显式的任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法,针对土体大变形和接触非线性等问题,建立了能够实现筒型基础动态、连续沉放过程的有限元模型,模拟出了筒壁内外侧挤土效应。数值分析结果表明,当入土深度与筒径比达1.6时,筒壁内侧压力可达外侧的10倍左右。通过分析下沉过程中筒壁内外侧土体位移及应力分布,阐述了筒壁内外侧挤土效应差异的机制。最后,提出了考虑挤土效应的筒型基础沉放阻力计算公式,计算与试验结果吻合良好,大大提高了筒型基础沉放阻力的计算可靠性。     

海上风机吸力式筒形基础抗压承载模式研究

吸力筒基础具有承载能力高、工艺简单、施工方便等优势,越来越广泛地应用于海上风电基础设计中。目前,吸力筒基础抗压承载计算方法尚没有统一的标准。为了降低海上风电基础设计成本,本文基于现有的API规范和地基承载力理论,总结3种不同吸力筒抗压承载模式,并提出“筒盖+筒壁外侧摩阻力”承载模式;根据工程案例和有限元软件PLAXIS验证其合理性,得出“筒壁端+筒壁内外侧摩阻力”承载模式和本文提出的“筒盖+筒壁外侧摩阻力”承载模式的计算结果符合DNV-OS-J101规范标准;按照本文提出的吸力筒抗压承载模式设计吸力筒尺寸,最大可降低13%的设计基础材料成本,有利于为海上风电吸力筒基础设计提供参考依据。     

筒型基础在粉质黏土中的静压沉放试验研究EI北大核心CSCD

筒型基础是一种常见的海洋基础型式,其成功地沉放就位是正常使用的前提。故针对筒型基础,在均匀粉质黏土中开展了不同长径比的模型静压沉放试验,得到了筒型基础在静压沉放过程中的筒端和筒壁内外压力的变化情况。试验结果表明:筒内压力呈双折线形式,筒外压力线性增加,筒壁的侧向挤压是产生筒内压力的主要原因,筒内的挤土效应明显高于筒外;筒外的挤土程度为上部小,下部大,并与土塞增长率IFR成线性关系;筒端阻力与土的强度直接相关。根据规范,基于不排水剪强度和静力触探(CPT)可较准确的计算筒侧阻力和端阻力,由于挤土效应的差异,计算筒内阻力时的?、kf要取较大值。在基础沉放过程中主要阻力由端阻转变为侧阻,静压阻力和土塞的发展对0.1~0.2 cm/s之间的下沉速度不敏感,长径比L/D在1~2间的筒型基础的挤土效应和阻力特性是相近的。     

筒型基础在粉质黏土中的静压沉放试验研究

筒型基础是一种常见的海洋基础型式,其成功地沉放就位是正常使用的前提。故针对筒型基础,在均匀粉质黏土中开展了不同长径比的模型静压沉放试验,得到了筒型基础在静压沉放过程中的筒端和筒壁内外压力的变化情况。试验结果表明:筒内压力呈双折线形式,筒外压力线性增加,筒壁的侧向挤压是产生筒内压力的主要原因,筒内的挤土效应明显高于筒外;筒外的挤土程度为上部小,下部大,并与土塞增长率IFR成线性关系;筒端阻力与土的强度直接相关。根据规范,基于不排水剪强度和静力触探(CPT)可较准确的计算筒侧阻力和端阻力,由于挤土效应的差异,计算筒内阻力时的?、kf要取较大值。在基础沉放过程中主要阻力由端阻转变为侧阻,静压阻力和土塞的发展对0.1~0.2 cm/s之间的下沉速度不敏感,长径比L/D在1~2间的筒型基础的挤土效应和阻力特性是相近的。     

吸力式筒形基础沉贯过程的大变形有限元模拟

吸力式筒形基础在海洋工程中已获得越来越广泛地应用,其安装过程的数值模拟对指导工程实践具有重要意义。在大型通用有限元软件ABAQUS平台上建立了二维轴对称模型,基于ALE（任意拉格朗日-欧拉法）技术模拟了黏土中吸力筒的大变形沉贯过程。模拟过程利用了子程序VUFIELD控制土体的不排水抗剪强度和弹性模量随土体深度变化。参照离心机试验及理论计算,对模型进行验证。利用已验证模型分析不同吸力下沉贯阻力、土塞高度,并讨论了筒壁摩擦特性。数值计算结果表明,ALE技术能有效地模拟吸力筒贯入过程,避免网格畸变。贯入方式对贯入阻力影响很大,吸力式贯入阻力明显低于压力式贯入阻力。进一步研究发现,随着最终吸力值的增大,沉贯阻力会显著降低,土塞高度会显著提高。对内壁摩擦特性的研究表明,内壁摩擦阻力是导致沉贯阻力改变的主要因素,并且相比吸力式贯入方式,筒壁摩擦特性会对压力式贯入造成更大的影响。     

复合筒型风电基础单向流局部冲刷试验研究

复合筒型基础是一种新型的宽浅式海上风电基础,相对于桩基础等深基础,复合筒型基础周围地基的冲刷破坏对风机结构体系安全性的影响更加明显,因此,研究海流作用下复合筒型基础的冲刷特性很有必要。针对某工程实例,建设了冲刷试验场地,布置了典型测点,为复合筒型基础冲刷试验奠定了基础;采用系列比尺模型的方法,分别选取1:20、1:40、1:70三种比尺的模型,对海上风电复合筒型基础样机周围粉砂质海床的冲刷情况进行了试验研究;分析了各组试验冲刷平衡时间、模型周围冲刷坑的范围、最大冲刷深度,并且依据系列比尺模型试验原理计算出了实际工程中的冲刷深度。通过试验研究给出了实际工程复合筒型基础的最大冲刷深度,明确了单向流作用下复合筒型基础周围地基局部冲刷特性,填补了复合筒型基础冲刷试验研究的空白,为复合筒型基础的工程应用提供了指导。     

分层土中裙式吸力基础吸力沉贯特性模型试验研究

针对一种新型海上风电基础形式-裙式吸力基础,开展模型试验,研究其在分层土地基中的沉贯特性。讨论了土层分布形式（砂土、黏性土、上层砂土及下层黏性土（简称上砂下黏）、上层黏性土及下层砂土（简称上黏下砂））、沉贯方式的影响。研究表明：裙式吸力基础在分层土中具有良好的沉贯性能。与传统吸力基础相比,裙式吸力基础在砂土、黏性土、上砂下黏和上黏下砂地基中最终沉贯深度较传统吸力基础分别增加10.0%、2.3%、3.0%和9.6%,沉贯最大吸力值分别增加0.9%、14.4%、66.2%和92.2%。黏性土层位置和厚度对基础沉贯特性影响显著。上黏下砂地层中,基础最大吸力值出现在土层分界面处,最大吸力值随土层分布系数t（上层土厚度与土体总厚度的比值）的增加而逐渐增大,最终沉贯深度随土层分布系数增加而逐渐减小。上砂下黏地层中,裙式吸力基础最大吸力值出现在最大沉贯深度处,吸力最大值随土层分布系数的增加而逐渐减小,最终沉贯深度受土层分布系数影响较小。此外,同时抽吸主桶和裙结构内水体进行沉贯,最终沉贯深度大于只抽主桶情况。在砂土、黏性土、上黏下砂（ 0.4）和上砂下黏（ 0.4）等4种地基中,裙式吸力基础采用同时抽主桶和裙结构的沉贯方式,最终沉贯深度较只抽主桶情况分别增大了13.8%、3.4%、16.4%和4.6%。研究成果为进一步阐明吸力基础在分层土中沉贯机制及指导工程实践,具有借鉴意义。     

吸力基础抗拔与拔出机理的研究进展

吸力基础具有施工方便、可回收利用及造价低等优点，在海洋平台及海上风电工程中得到了成功应用。吸力基础用于系泊深海浮动式平台时，抗拔承载特性是工程设计的重要因素。海上风电场面临着服役期满后的升级改造问题，需采用更大功率的发电设备，风机叶片直径、塔架高度随之增加，原基础难以满足新的设计要求，从可持续发展角度，塔架基础的拔出、回收等方面正逐渐引起人们的高度重视。本文介绍了吸力基础抗拔、拔出特性方面取得的研究成果，阐述了影响基础抗拔和拔出特性的因素，阐明了吸力基础拔出的力学机制与作用机理。通过文献调研推断:注水拔出吸力基础，砂土会发生渗流破坏，黏土会产生劈裂破坏，会导致基础无法继续上拔，应结合拉力上拔或振动法对基础进行回收。     

Numerical modelling of the effects of foundation scour on the response of a bridge pier

Foundation scour can have a detrimental effect on the performance of bridge piers, inducing a significant reduction of the lateral capacity of the footing and accumulation of permanent settlement and rotation. Although the hydraulic processes responsible for foundation scour are nowadays well known, predicting their mechanical consequences is still challenging. Indeed, its impact on the failure mechanisms developing around the foundation has not been fully investigated. In this paper, numerical simulations are performed to study the vertical and lateral response of a scoured bridge pier founded on a cylindrical caisson foundation embedded in a layer of dense sand. The sand stress–strain behaviour is reproduced by employing the Severn-Trent model. The constitutive model is firstly calibrated on a set of soil element tests, including drained and undrained monotonic triaxial tests and resonant column tests. The calibration procedure is implemented considering the stress and strain nonuniformities within the samples, by simulating the laboratory tests as boundary value problems. The numerical model is then validated against the results of centrifuge tests. The results of the simulations are in good agreement with the experimental results in terms of foundation capacity and settlement accumulation. Moreover, the model can predict the effects of local and general scour. The numerical analyses also highlight the impact of scouring on the failure mechanisms, revealing that the soil resistance depends on the hydraulic scenario.

     

夯扩挤密碎石桩加固液化砂土地基的动力数值分析

砂土液化问题一直是土动力学与岩土地震工程研究领域的重要课题之一。基于南水北调中线某工程,通过现场和室内试验获取土体的物理力学参数,利用岩土数值分析软件FLAC3D对夯扩挤密碎石桩加固干渠液化砂土地基进行了动力数值分析。结果表明,由于夯扩挤密碎石桩的排水作用,干渠底部饱和砂土地基中的超静孔隙水压力和孔压比与加固前相比明显减小;干渠渠道底部饱和砂土中的监测曲线表明,随着地震荷载持续时间的增加,饱和砂土地基中超静孔隙水压力和孔压比峰值较加固前大幅值降低,且时程曲线达到峰值之后也由加固前的基本保持不变改为迅速消减降低;由于夯扩挤密碎石桩的排水和挤密作用,有效消除了干渠渠道底部以及渠堤坡面外侧平台至坡脚底部砂土层的液化现象,加固后干渠底部饱和砂土地基中没有液化现象产生。     

考虑桩基弱化的导管架平台横向振动特性试验研究

导管架平台桩身循环往复运动将使桩周土体超孔隙水压增加、横向土抗力降低,从而导致桩基弱化。泥面以下6倍桩径处嵌固桩身的等效桩简化理论没有考虑桩基弱化对平台基础自然频率的影响,计算结果与实测值有一定差距。为研究桩基弱化对平台结构横向振动特性的影响,进行了比例尺为1:10的导管架平台模型试验,测量不同循环荷载作用之后导管架平台模型水平方向的振动特性。由试验结果可知,桩基横向土抗力在不同循环荷载作用过程中出现不同程度的衰减,桩基土抗力的衰减与桩身往复运动的幅值和次数有关。考虑桩-土相互作用时导管架平台模型两个水平方向的基础自然频率（基频）比等效桩理论计算值分别低15.5%和6.0%。桩基弱化后,实测值与计算值的差距增大到22.0%和13.4%。假设导管架-桩-土系统阻尼为比例阻尼,通过试验结果发现,桩基弱化对系统阻尼影响较小。     

Countermeasures for enhancing the stability of composite breakwater under earthquake and subsequent tsunami

Many breakwaters have collapsed in the past due to earthquakes and subsequent tsunamis, resulting in considerable devastation as the breakwaters failed to prevent the tsunami from entering the coastal plain areas. Breakwater failures are mainly caused by damage to its foundation ground. However, the damage mechanism of breakwater foundation during earthquakes and tsunamis remains unclear. This study focuses on the breakwater failure mechanism due to collapse of its foundation under the action of an earthquake and subsequent tsunami. In addition, reinforcing countermeasures for breakwater foundation to mitigate damage due to compound geodisasters triggered by earthquakes and tsunamis are proposed. Sheet piles and gabions were used in the breakwater foundation as reinforcing countermeasures. To evaluate the effectiveness of the reinforced foundation, a series of shaking table tests and hydraulic model tests were performed. The tsunami overflow tests were conducted on the same model after the earthquake loadings, and comparisons were made between the conventional and reinforced foundations. It was observed during the tests that the reinforced foundation could effectively reduce the damage to the breakwater caused by earthquake and tsunami-induced forces. Numerical analyses were performed to clarify the mechanism of the soil–breakwater–reinforcement–fluid system. Overall, this study is useful in practical engineering, and the reinforcing foundation model could be adopted for offshore structures to reduce damage from earthquakes and tsunamis in the future.     

通辽电厂地基处理方案决策

通辽电厂地基条件不能满足主要建筑物采用天然地基的要求,需要进行地基处理。采用AHP建立了地基处理方案的层次结构模型,通过地基处理原体试验结果对指标和因素进行量化、取值,取得了满意的评价结果。     

空间随机场模型的建立与桩基竖向承载力的可靠度分析

为了研究桩基础的可靠度设计方法,搜集和整理了大量的海洋土钻孔资料,开发了用于地基可靠度分析的数据库系统。利用数据库强大的数理统计功能建立起土性剖面的空间随机场模型,进而将随机场理论与可靠度理论相结合,对渤海海域中海工结构物桩基础的稳定性进行了可靠度分析,详细阐述了各个设计指标的变化对分项系数及可靠度指标的影响规律,并对各指标的灵敏度进行比较分析。结果表明,在各个设计参数中厚土层的强度指标以及设计荷载是2个重要的参数,在渤海海域中应用API标准 (美国桩基规范) 中规定的荷载抗力系数进行设计是安全可靠的。     

插拔桩靴对临近桩靴承载力的影响研究

自升式钻井船桩靴的插拔过程将会对临近井口平台的桩靴基础产生不利影响。开展了室内模型试验研究,将试验结果与理论分析结果相结合,得到了桩靴插拔的影响范围及影响范围内土体强度的变化规律,并推导了桩靴插拔影响区内临近桩靴承载力的计算方法,与模型试验结果进行了对比验证。研究表明,桩靴插拔后砂土相对密实度降低,其降低程度随距桩靴距离的增加而逐渐减小,影响范围约为1倍桩靴直径。受桩靴插拔影响,临近桩靴的承载力下降,降低比例随两桩靴相对间距的增大而减小,随桩靴相对插深的增加而增加。当两桩靴相对间距大于2倍插拔桩靴直径时,可认为桩靴插拔对临近桩靴基础承载力无影响。     

土工格栅加筋砂土上的偏心受压条形基础研究

提供了土工格栅加筋砂土上的偏心受压条形基础极限承载力的室内模型试验结果。试验中只使用了一种相对压实密度的砂土和一种土工格栅,基础深度由0变化至B（基础宽度）。基于室内试验结果,提出了一个称为折减系数的经验关系,将偏心受压基础的极限承载力与中心受压基础的极限承载力联系起来。     

北京地铁国贸站隧道周围土体的蠕变试验研究

北京地铁10号线国贸站需穿过现有的国贸立交桥梁群桩基础,为研究该区域土体的流变性质对隧道-土层-桥梁基础及上部结构长期变形的影响,在室内进行了隧道周围土体的三轴排水蠕变试验,并给出了适合描述该土体蠕变性质的Mesri模型的参数。研究表明,隧道周围土体存在一定的蠕变特征,但稳定蠕变速率不大,偏应力较小时,Mesri模型的计算结果与试验结果吻合较好,而偏应力较大时与试验结果稍有差别,但该模型总体上能够较好地描述这一地区土体的蠕变变形特征。