黏土中桩靴底部吸附力产生机理研究

在海洋工程中,移动钻井平台在作业结束后需要转场时,经常会遇到拔桩困难的问题,桩靴底部的吸附力是上拔力的重要组成部分,明确其产生机理及发展规律对于上拔力计算与缓解上拔困难问题有重要意义。通过室内模型试验研究了黏土中桩靴底部真空度对桩靴吸附力产生机理的影响,试验结果表明,桩靴底部真空度的变化对上拔力的影响显著,而桩靴贯入深度和上拔速率会对真空度产生影响。当真空度达到峰值时,桩靴底部吸附力与上拔力几乎同时达到峰值,因此可以通过减小桩靴底部真空度的措施来减小上拔力。根据试验结果,提出了运用真空吸盘理论来计算桩靴底部吸附力的计算公式。所述吸附力计算方法与试验结果进行对比,其误差较小,对工程实践具有一定的参考意义。     

U型钢板桩横向承载性能模型试验研究

采用1∶5的比尺模型试验,研究了横向加载过程中U型钢板桩的位移和土压力响应以及破坏模式,并对比分析了不同土质干湿状况、加载速率、埋置深度以及加载高度等影响因素下U型钢板桩位移和土压力的变化规律。试验结果表明,当U型钢板桩凸面加载时,位移随埋置深度、加载等级、加载高度的增加而增加,干砂中的位移大于湿砂中的位移;当凹面加载时,位移随着埋置深度的增加而减小,随着加载等级的增大而增大,在不同加载高度与不同土质干湿情况中差别不大。随着加载力增大,U型钢板桩在受力侧土压力分布呈现“R型”分布,且土压力均随着埋置深度与土体含水率的增大而增大。在加载力作用下桩体产生转动,并随着加载力的增大在距钢板桩底部约1/3埋置深度处发生弯曲。     

基于泥沙流变特性的吸力式沉箱减阻技术

针对吸力式沉箱在黏性底床中沉贯安装的减阻问题,基于黏性泥沙的流变特性,开展了一系列不同振动荷载作用下的室内沉贯模型试验,分析了振动荷载对吸力式沉箱沉贯过程的影响和沉贯减阻效果。试验结果表明：在压力沉贯阶段或吸力沉贯阶段施加高频振动荷载,均能促使吸力式沉箱侧壁周围的土体发生流化,有效降低沉箱的沉贯阻力;减阻效果与振动频率和沉箱的长径比有关,与振动频率成正比,与沉箱的长径比成反比;存在一个临界频率,当振动频率大于该频率后,沉贯阻力随频率的减小不明显;施加高频振动荷载有助于减小吸力沉贯阶段沉箱内的土塞高度,促进沉箱沉贯到位。研究成果可为黏性泥沙流变减阻技术在吸力式沉箱中的应用提供理论依据和技术参考。     

弱超固结黏土中桩靴贯入形成孔洞对承载力影响

自升式平台作业前需对桩靴基础进行预压安装,使桩靴具备抵抗竖向-水平-弯矩复合荷载的能力。安装过程中,桩靴上部将形成一定深度的孔洞。弱超固结黏土地基中,土体强度较高,桩靴最终贯入深度较浅,而形成的上部孔洞较深,因此孔洞将对桩靴就位后的承载力产生影响。通过有限元分析,研究弱超固结黏土中桩靴上部孔洞对承载力的影响,结果表明:1)与无孔洞的情况相比,孔洞的存在对桩靴的单向和复合承载力有削弱作用; 2)当桩靴与孔洞底部距离大于桩靴直径时,承载力不再受上部孔洞的影响; 3)当桩靴埋深小于等于0.75倍桩靴直径时,无论桩靴上部有无孔洞,现有预测公式都不能较为合理地预测弱超固结黏土地基的复合承载力,为此提出了考虑孔洞影响的桩靴复合承载力包络面预测公式。     

桩基尺寸对砂土中水平受荷桩-土作用力的影响

p-y 曲线法在水平受荷桩的设计中得到了广泛应用,然而近年来在海上风机超大直径单桩基础设计中受到了学术界和工程界的质疑,当前研究表明,桩基尺寸是产生这一问题的主要原因。本文通过三维数值仿真技术,研究了砂土地基中水平受荷桩-土作用特征的演变规律,探讨了当前超大直径单桩设计方法存在的主要问题及产生的原因。计算结果显示：超大直径单桩基础因其桩径大、长径比（入土长度与直径的比） 小的尺寸特征,在水平荷载作用下桩土作用具有明显的三维空间效应,即除受水平向土反力外,还受到桩端水平向的摩擦力、沿桩身不均匀摩阻力产生的抵抗力矩及桩底不均匀土反力提供的抵抗力矩;进一步研究表明,后三类抗力对桩基水平承载力的贡献占比与桩基尺寸有关,即桩基直径越大、长径比越小,这些抗力的贡献越大。因此,在水平受荷超大直径单桩承载特性计算与分析的过程中,除当前水平向p-y 弹簧提供的抗力外,还应考虑桩底的水平剪力、桩身摩擦力和桩底反力不平衡产生的抵抗力矩。     

海上风电单桩基础土相互作用特性影响因素分析

采用有限元软件ABAQUS建立了海上风电单桩基础与土相互作用数值计算模型,将波浪、洋流及风荷载等效成双向对称循环荷载,研究了水平循环荷载作用下不同因素对桩身水平位移、剪力和弯矩的影响规律。研究表明,随着循环荷载比的增加,桩身位移零点和桩身剪力反弯点沿埋深逐渐下移,桩身弯矩最大值点位于浅层土体;不同荷载频率时桩身位移在零点以上变化较大,桩身弯矩随着频率的增加逐渐增大;单向循环荷载作用下桩身位移最大,双向对称循环荷载作用下桩身位移最小;壁厚较小时对桩身水平位移影响较大;在位移零点之上范围内可以考虑设计"上厚下薄"的钢管桩,以减小桩身水平位移;不同桩壁厚时桩身剪力曲线在埋深约6D处出现交点,且泥面处桩身弯矩变化不明显。     

大型负压桩的上拔阻力

在关于负压桩的模型试验和设计方法开发研究过程中,发现现有文献多烽仅涉及了设计问题的一个或少数几个方面,本文则试图建立一个综合一致的方法。上拔阻力为桩的重量,外部附着力（摩擦力）和内阻力之和,后者包括了负压效应和浮力,对于某一高度开口的桩,内阻力的一个极限可看内壁与土塞间的剪切力,对粘土,它与桩顶下的负压共同作用,对于沙土,或者更角地说在任何在充分排水状态下,它由筒仓效应（Ｓｉｌｏｅｆｆｅｃｔ）确定     

霍尔锚在粉细砂中抛锚深度模型试验

航船应急抛锚时锚板贯入土体可能会影响河床或海床中的结构物甚者造成破坏，因此在通航频繁的航道，结构物埋深的设计需要充分考虑应急抛锚时锚板的贯入深度。本文通过缩尺模型试验模拟了霍尔锚在中等密实度粉细砂中的抛锚贯入过程，研究了不同抛锚速度(1.15～4.4 m/s)及粉细砂相对密实度(0.45～0.65)对抛锚贯入深度的影响；基于太沙基极限承载力理论和能量守恒定律，推导出霍尔锚在粉细砂土中贯入深度的表达式，与模型试验结果对比显示理论计算结果偏于保守。基于试验结果提出修正系数，修正后的理论公式能够较好地快速预测霍尔锚在中等密实度粉细砂中的贯入深度。研究结果为粉细砂土河床或海床中的结构物埋深设计提供了一定的技术参考。     

波浪作用下土体液化对埋置管线垂向受力的影响（英文）

本文通过室内波浪水槽试验,研究底床液化对埋置管线垂向受力的影响。试验中,在底床液化与底床未液化两种情况下施加相同的波浪,通过管线同一横截面上布置的两个反向(竖直向上、竖直向下)土压探头,测量管线垂直方向实时受力。结果表明,底床未液化时,两受力曲线都呈周期性变化且完全重合,它们将在同一时间达到最大值(最小值),管线的合力变幅较小;在底床液化时,两受力曲线也呈周期性变化但不完全重合,不会在同一时间达到最大值(最小值),管线的合力变幅较大。这表明在底床液化时,埋置管线在垂直方向上所受合力比未液化时大,可能引起管道的下沉上浮乃至疲劳损坏。     

粘土中吸力锚沉贯阻力与土塞形成试验研究

针对粘土中吸力锚沉贯的两个关键性问题--沉贯阻力和土塞形成过程,在自行研制的试验平台上进行一系列吸力锚沉贯室内模型试验.试验结果表明,负压抽吸对筒壁内部土体的影响较大,而对外侧土体的影响很小;由压力沉贯向吸力沉贯转换后,土体阻力会先降低,再随着沉贯的进行逐渐增大,并超过采用压贯方式的土体阻力;前期压贯深度的变化带来了不同的内部泥面下陷,这对吸力沉贯开始阶段的土塞发展影响不大,当土塞加速隆起后,压贯越深的情况土塞发展越迅速;在粘土中进行吸力沉贯时,API规范对最大容许吸力估算较为准确,但是需提供比API规范更大的沉贯吸力才能保持沉贯的进行,而且沉贯过程中土塞的高度大于由于简裙下插置换土体所带来的高度.     

Wave-Current Forces on Slender Circular Cylinders

- A series model tests of wave forces by both regular and irregular waves combined with currents on single piles and bipiles in tandem and parallel arrays have been carried out. Based on Morison Equation, linear wave theory and linear wave spectrum theory as well, the characteristics of inline, lift and resultant forces on cylinders have been analyzed respectively. The drag, inertia and lift coefficients CD, CM and CL f皉 single piles related to KC number and the grouping effect coefficients of inline, lift and resultant forces on bipiles in tandem and parallel arrays related to KC number are given in this paper.     

双色入射波下二阶波浪力响应函数

应用边界元方法,对双频入射波在和频及差频下的二阶速度势做了完整的求解,通过物面积分计算了任意三维结构上的二阶波浪力的传递函数.对简单几何物体,与发表的结果做了对比,两者吻合良好,验证了本方法的正确性.应用这一方法还对复杂的张力腿平台模型做了实际计算,发现在低频和高频区二阶波浪力平方响应函数有着显著的能量分布.     

冰激振动及冰荷载动力特性的试验研究

回顾了解决海冰引起结构振动分析方法的要求，通过室内冰力模型试验得出了冰激振动的重要参数－冰力频率，幅值的特性。研究表明，在低冰速时，冰力频率与冰速对冰厚之比呈线性关系；高冰速时，冰力步与冰速对冰厚之比呈现恒定性，文章还根据试验数据以及统计分析，推荐了冰力幅值计算公式和取值范围。     

桩排间冰力的掩蔽效应

国内外尚无人对冰力掩蔽效应进行专门研究。通过低温冰工程实验室内的冰力模型试验,研究了多桩柱结构在不同位置时桩柱间对冰力的掩蔽效应,探索了冰力掩蔽效应的机理和规律,得到了不同冰厚、不同桩柱直径、不同冰攻角、桩柱间不同位置时的冰力掩蔽系数。研究结果可供工程应用。     

Tension and Drag Forces of Flexible Risers Undergoing Vortex-Induced Vibration

This paper presents the results of an experimental investigation on the variation in the tension and the distribution of drag force coefficients along flexible risers under vortex-induced vibration (VIV) in a uniform flow for Reynolds numbers (Re) up to 2.2×10⁵. The results show that the mean tension is proportional to the square of the incoming current speed, and the tension coefficient of a flexible riser undergoing VIV can be up to 12. The mean drag force is uniformly and symmetrically distributed along the axes of the risers undergoing VIV. The corresponding drag coefficient can vary between 1.6 and 2.4 but is not a constant value of 1.2, as it is for a fixed cylinder in the absence of VIV. These experimental results are used to develop a new empirical prediction model to estimate the drag force coefficient for flexible risers undergoing VIV for Reynolds number on the order of 10⁵, which accounts for the effects of the incoming current speed, the VIV dominant modal number and the frequency.     

The Shielding Effect of Multi-Pile Structures on Ice Force

The shielding effect of the front pile-row on the ice force acting on the hack pile-row is studied by ice force model tests. In the tests, the front pile-row is designed to model jacket legs and the hack pile-row to model the water resisting pipe-phalanx within the jacket. The shielding factor for ice force corresponding to different conditions are given in this paper. The research indicates that there are many factors, including the longitudinal and lateral spacing between the front and hack pile-row, ice attacking angle and the ratio of pile diameter to ice thickness, that influence the shielding effect on ice force.     

Fluid forces on a small cylinder in the presence of a large cylinder in relative oscillatory flow

The present brief paper is intended to show that the fluid forces on a small cylinder can be considerably magnified when it is in the flow field of a larger cylinder. Two cylinders of unequal diameter are oscillated in a tank of fluid, and the lift and in-line forces on the smaller cylinder are measured when the pair of cylinders is placed at various orientations and spacings.     

风浪流联合作用下单点系泊船的受力分析

研究了风浪流联合作用下单点系泊船的受力问题.在应用Newman公式计算波浪漂移力的基础上,结合文献《Fleet Moorings Design Manual》,提出了不同方向的风、浪、流联合作用时,单点系泊船所受到的横向力、纵向力和回转力矩的计算方法.提出了风浪同向时,不同风流夹角组合对应的船舶平衡位置的确定方法.为缆绳、锚的选择以及舵角的控制提供了依据.最后通过算例验证了本方法的适用性和实用性.     

岙山成品油码头海底边坡稳定性分析

根据岙山成品油码头工程地质勘察所得的资料,选择边坡较陡的地段,采用折线法、圆弧条分法和总应力极限平衡法,对在自重、地震力和波浪力等因素作用下的边坡稳定性进行验算分析。结果表明,海底边坡较陡地段浅层土体的稳定性较差,土体滑动面可能发生在海底下９～１２．５ｍ处。对地层的作用波浪力较地震力要小,但两者均可能成为边坡土体滑动的诱因。     

微平面接触分离中弯月面力的计算

微平面间黏着力对微机电系统(MEMS)非常重要,常是决定其能量损耗乃至寿命长短的最主要因素.MEMS中的黏着力主要来源之一就是介于两互相接触平面间的弯月面力.弯月面力主要取决于相互接触的两平面间形成的弯月面形状.本文通过分析两微小平面在分离过程中弯月面形状的变化,得到在不同表面亲水/疏水性能、初始液面高度、分离距离等条件下的弯月面形状,计算得出在不同初始条件下断裂高度和弯月面力的数值以及随之变化的规律,为MEMS的性能分析和寿命计算提供依据.