近海风机单桩基础桩周土应力特征分析

桩周土体的力学响应规律对近海风机桩基础的变形和稳定性有重要影响。采用有限元方法对一个概化的近海风机单桩基础进行数值模拟,着重分析动荷载作用下桩基础和桩周土的变形规律、桩周土应力作用特征及应力主轴的旋转模式。发现桩周土体各方向的应力分量随循环荷载的作用呈现出周期性的往返变化,第一周期的应力路径与继后周期的应力路径明显不同,浅层桩周土存在显著的应力主轴往复旋转,旋转幅度可达60°。     

近海风机单桩基础桩周土应力特征分析

桩周土体的力学响应规律对近海风机桩基础的变形和稳定性有重要影响。采用有限元方法对一个概化的近海风机单桩基础进行数值模拟,着重分析动荷载作用下桩基础和桩周土的变形规律、桩周土应力作用特征及应力主轴的旋转模式。发现桩周土体各方向的应力分量随循环荷载的作用呈现出周期性的往返变化,第一周期的应力路径与继后周期的应力路径明显不同,浅层桩周土存在显著的应力主轴往复旋转,旋转幅度可达60°。     

风浪荷载作用下扩底桩基础桩周土应力特征分析

扩底桩基础在承受水平风浪荷载时,基础周围的地基土表现出复杂的应力变化特性。基于有限元程序ABAQUS,针对近海风机单桩基础受力特点,分别建立扩底桩和等直径桩的有限元模型,着重分析扩底桩受风浪荷载时桩周土的应力特征,并对扩底桩和等直径桩桩周土的应力主轴旋转角度规律进行对比分析。结果表明:扩底桩在承受风浪荷载时,上部桩桩周土偏应力和主应力方向角的变化较为明显,扩底段部分桩周土受动荷载的影响较中段更为明显;随着桩周土与扩底桩距离的增加,桩周土主应力方向角旋转幅值逐渐减小,直到减小为一个较为稳定的值;扩底桩桩周土与等直径桩桩周土的主应力方向角旋转幅值变化规律有所不同。     

循环荷载下南京片状细砂的动应力——应变关系

以片状颗粒成分为主的片状结构砂与常用的圆形颗粒标准石英砂相比,在物理力学特性上有显著的差异。循环荷载作用下,饱和砂土振动孔压上升会导致土体刚度发生软化,当振动孔压累积达到一定水平时,会产生液化现象,从而引起土体结构发生破坏。采用英国WFI动三轴仪,研究了南京片状细砂在循环荷载作用下,静偏应力水平、循环应力比水平和循环次数对其动应力一应变关系的影响,考虑每一次循环过程中动应力—应变关系滞回曲线的卸载及再加载割线动剪切模量Gsec和最大割线模量Gmax的变化特性,建立了动剪模量软化的经验公式;静偏应力水平对动剪模量软化有显著影响,随着循环次数的增加,动应力—应变滞回圈逐渐向应变累积方向滑移和向应变轴方向倾斜,且彼此分离;考虑循环软化特性,采用修正的Masing准则,描述了循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系。     

波浪荷载作用下软黏土软化模型研究

波浪荷载能引起海床土体的主应力轴连续旋转。不同于地震、交通等循环荷载,在周期性波浪荷载作用的土体应力路径方式下,软黏土的软化效用更为明显。本文分别对天然和扰动的海床土体在波浪荷载作用下的应力响应进行模拟,并分析应力路径的特点;为描述软化后的应力-应变关系,将软化效用和累积塑性应变的参数引入到能够反应土体动力非线性的Hardin-Drnevich模型中,建立修正模型,使之能够反应软黏土体软化与塑性应变累计特性;通过与模拟波浪荷载下土体应力特征的循环耦合试验结果进行对比分析,验证该修正模型的可靠性。     

双向循环荷载下黄土的动变形特性研究

利用SDT-20型动三轴仪在双向循环荷载下探究了黄土的动变形特性,分析了初始循环偏应力、径向动荷载幅值和预剪应力对黄土动变形发展的影响。试验结果表明:双向循环荷载作用下,初始动应力状态对黄土破坏模式有重要影响,初始循环偏应力小于0 k Pa时,黄土呈受拉破坏,初始循环偏应力大于0 k Pa时,黄土呈受压破坏。初始循环偏应力、径向动荷载幅值和预剪应力对黄土的动剪切变形均有明显的影响,初始循环偏应力和径向动荷载幅值的增大均加快了黄土的动剪切变形发展,使土体的破坏更迅速。预剪应力对土体起到预压密作用,黄土的动剪切变形的发展随预剪应力的增大而减缓。当剪切动荷载幅值保持不变时,拉压动荷载幅值的增大明显地加速了黄土动剪切变形的发展,其对土体动剪切变形的影响和剪切动荷载是一致的。     

循环荷载下吸力锚基础周围孔压响应特性数值研究

吸力锚基础海上安装方便、定位精确且具有较大上拔承载力,可作为张力腿平台的系泊基础,在深水油气工程应用广泛。服役过程中,作用在吸力锚基础上的荷载一般为一定预张力上的单向循环动力作用,动力荷载可分为波频荷载和二阶低频慢漂荷载,其中波频荷载的幅值较小但周期短,低频荷载幅值较大但周期较长。本文建立多孔介质海床中吸力锚在定常力基础上承受循环上拔荷载的有限元模型,对锚体周围的孔压响应特性进行数值计算与分析,重点分析比较波频荷载和低频慢漂荷载作用下的振荡和残余孔压的变化趋势与影响范围。研究表明,循环上拔荷载作用下吸力锚外侧浅层土体孔压累积显著,降低土体有效应力,弱化筒壁-土体摩擦阻力,有可能引起吸力锚失效模式的转化;循环荷载的幅值和周期都将对孔压响应的大小和分布造成一定影响。     

沿深度强度增加软土中吸力锚循环承载力模型试验

采用分层底部真空预压技术,在模型试验箱内制备强度沿深度增加的模型试验土层;进而利用自行开发的电动伺服加载装置,在荷载控制方式下,针对水平破坏模式,进行两种直径的吸力锚在最佳系泊点受倾斜方向静荷载与循环荷载共同作用下的承载力模型试验。试验结果表明,循环荷载作用过程中锚的循环变形没有明显增加,导致锚破坏的是循环累积变形。强度沿深度增加软土和均一强度软土中吸力锚循环承载力的相对变化规律一致,当循环破坏次数为100时,循环承载力是静承载力的90%左右;当循环破坏次数增加至2 000时,循环承载力减小至静承载力的70%左右。锚径的变化只影响循环承载力的大小,不影响其相对变化。强度沿深度增加土层中的吸力锚,其循环荷载下竖向阻力弱化程度大于水平阻力弱化程度,这与均一强度土层中吸力锚受循环荷载作用时的性态一致。     

预应力混凝土双压花锚具性能的低周重复荷载试验研究

通过对预应力混凝土一种新型双压花锚具足尺寸试件的试验,研究了这种锚具在低周重复荷载下的性能及其特点、锚具受周期荷载后再次承受静力荷载作用时的性能以及周期荷载的不同应力循环幅度对锚具性能的影响。试验结果表明:双压花锚具达到了国家标准规定的周期荷载性能要求;随着周期荷载循环次数的增加,锚具每个循环的荷载与变形关系呈近似线弹性关系;锚具在历经50次重复加卸荷后,其静载性能发生了很大变化,而最大承载力和极限变形能力没有降低。     

循环荷载下饱和粘土强度等效计算探讨

饱和粘土在不排水循环荷载作用下强度会发生衰减,建立在粘土地基上的建筑物和填土道路在地震过程中有时会遭受破坏。本文在超固结粘土不排水强度计算的基础上,引入循环荷载作用损伤因子,提出循环荷载作用下饱和粘土强度计算方法以及参数的确定方法。同时,分析了循环荷载作用下再固结系数对粘土强度增长的影响。通过试验验证,所提出的方法是合理的。该方法为循环荷载作用下粘土地基的强度和稳定性预测提供有效的途径。