饱和砂土地基海上风机筒形基础离心模型试验研究

筒形基础具有造价低、结构简单等优点,作为海上风机基础有很大的应用前景。针对海上风机筒形基础所受的主要荷载,采用偏心轮和气缸实现在离心模型试验中对筒形基础所受循环荷载的模拟。在此基础上进行饱和砂土地基中海上风机筒形基础受力变形的离心模型试验,测量地基与基础的应力、变形和孔压。根据测量结果分析筒形基础的受力变形特性,表明筒形基础的临塑荷载大约是极限荷载的一半;单调和循环水平荷载作用下筒形基础发生明显的倾倒破坏,变形主要发生在筒形基础的周围。     

海上风电结构地基土动应力变化规律研究

以承受水平荷载为主的海上风力发电机在风、浪等荷载的共同作用下其结构—地基系统具有复杂的受荷特性,使得基础周围的地基土表现出复杂的应力变化特性。本文通过数值计算分析了海上风机上部结构所受水平荷载与波浪荷载的作用方向夹角以及荷载频率对地基土应力状态的影响,揭示了海上风机单桩结构地基土的典型应力时程变化及分布规律。结果表明海上风电结构地基土的应力幅值大小和主应力方向角都在发生变化,上部水平荷载与波浪荷载间的夹角以及二者的频率都对地基土的应力状态,特别是主应力方向角的旋转产生了很大影响。     

海上风机支撑结构动力特性模型试验研究

海上风机是一种高柔性海洋结构物,其支撑结构动力响应受风、浪、流等环境因素,风机荷载及基础刚度的影响异常敏感。本文在结构动力特性试验平台上,建立了以基础-塔架-顶部集中质量为一体的风机简化分析模型,并利用新型循环加载装置,在砂土中开展了4组针对风机模型长期动力特性变化规律的试验。主要研究在一定的加载频率下,支撑结构一阶自振频率在不同幅值的循环荷载作用下的变化规律,并从土体力学行为特性及循环荷载下土颗粒运移规律角度对试验现象进行分析。通过该模型试验所获得的结论,并基于一系列的相似性准则,在一定程度上可以揭示长期循环荷载下,海上风机支撑结构动力特性的变化规律,并对今后实际工程中有关基础选型及支撑结构设计上给出了相关建议。     

条形基础砂土地基的破坏模型试验

为了研究条形基础砂土地基的剪切破坏形式和承载机理,在相似理论的指导下,进行了一组条形基础砂土地基的模型试验,模拟了砂土地基受荷后产生变形、扩展直到破坏的全过程;测量并分析了地基中不同点处的土压力大小及其分布规律,观测了剪切带的形成和发展过程。结果表明,模型试验能够很好地体现砂土地基变形、破坏的整个过程及其沉降变形特性、地基中各点的真实应力状态及其变化规律,对于研究深基坑变形过程和破坏形态具有应用价值。     

离心机振动台试验中侧向流动地基位移分析方法研究

通过分析倾斜可液化地基的离心机振动台试验,对离心机振动台试验中地基土体位移分析方法进行了研究,得到了能够有效测量和计算可液化地基地震过程中和震后侧向流动的位移的方法。这种分析方法能够通过对加速度数据的处理和计算,有效地克服位移传感器在地震过程中反应不够灵敏导致的位移过程测量的误差,得到合理的地震过程中地基位移变化;同时利用位移传感器对低频位移测量准确的优势,通过量测的震后侧向位移值对计算位移值进行修正,可以得到地震结束后,地基的最终变形。本研究为土工离心机振动台试验中侧向流动地基的位移测量和分析提供可靠有效的方法,也能够为进一步的可液化地基离心模型试验的土体位移相关研究分析提供必要基础。     

地基不均匀沉降下侧限桩的模型试验研究与有限元分析

结合某高层建筑纠倾迫降工程实例,对侧限桩约束地基变形进行室内模型试验,研究分析基础沉降量随荷载的变化规律,并利用有限元软件ABAQUS对地基应力分布进行分析,结果表明:侧限桩在一定程度上约束地基土体的竖向变形,并将附加应力向深度范围传递。可为纠倾工程提供参考。     

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。     

运行状态下海上单桩风机系统自振频率分析

系统自振频率限制是海上风机结构设计中的一个关键因素。运行状态下风机动力荷载会引起基础的水平侧移,较大的水平侧移会导致基础刚度的降低,进一步影响风机系统的自振频率。该文基于有限元软件ABAQUS平台,建立单桩式海上风机结构系统的自振频率数值模型,并讨论运行状态下基础水平侧移对大直径海上风机系统自振频率的影响。模型中考虑了塔筒的变截面特性;桩-土相互作用通过p-y曲线方法模拟;桩和塔采用梁单元模拟;通过Pushover分析汇总出水平侧移引起的桩顶水平刚度。研究结果表明:桩基侧向位移会降低风机结构体系的自振频率;桩基侧向位移对基频的影响较小,对高阶频率的影响显著;大直径海上风机的频率计算中可忽略风机运行状态对体系自振频率的影响。     

两种微倾黏土场地离心模型制备方法适用对比研究

侧移是强震灾害中场地地基破坏的典型形式之一,而倾斜场地是侧移发生的一个重要条件。倾斜场地的制备是开展离心地震模型试验的基础而重要环节,针对两种微倾灵敏或软黏土场地的制备方法,通过常重力和60 g离心加速度下的T-bar试验,探讨抗剪强度的分布规律与空间均匀性,对比了两方法的适用性。试验结果表明:表面斜割法获得模型的抗剪强度随深度变化较均匀,常重力和离心加速度下与理论状态较好吻合;双箱变换-倾楔法在拆换的剪切箱内抗剪强度随深度发生了显著折减,且在顶部呈现回弯现象,常重力和离心加速度下与理论状态偏差较大,折减系数约为0.31;相比而言,前者更适于制备微倾灵敏黏土场地模型。研究方法和结论,对动力离心模型试验制备方法选取和进一步开展黏土场地侧移离心模型试验研究,提供了重要借鉴和理论支撑。     

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。     

不同加载方式下黄土累积变形特征研究

土体动力特性主要与其受力状态、土体加载类型、试验控制方式以及荷载等参数有关。以往非饱和黄土累积变形试验研究通过单向动应力加载方式开展相关研究,并不能真实反映土体受力状态。现运用WF-12440型动三轴-空心圆柱扭剪试验系统,通过单向荷载和双向荷载两种不同的动应力加载方式,进行黄土的长期重复载荷试验,对比不同动应力加载方式对非饱和黄土累积变形发展特征的影响。试验结果发现：黄土在单向荷载或双向荷载作用下,其软化指数均随着循环次数的增加,呈非线性减小的趋势,在相同循环振次时,土体软化指数随着动应力幅值的增大而减小;黄土在不同加载方式作用下,软化指数减小速率在循环振次100次以内较快,后期随振次增加,土体软化速率逐渐趋于平稳;黄土在双向荷载作用下,当轴向动荷载较小时,径向荷载的施加,将加速黄土的软化程度,随着轴向动荷载的增大,径向荷载对黄土软化的影响逐渐减弱,其对于黄土变形的影响存在一临界轴向循环动应力。本研究的开展,可更准确地进行不同荷载耦合变化下,黄土场地震陷评估或路基土体变形计算,实现有效控制路基的整体稳定和工后沉降量,以期根据路基土参数预测后期沉降,极具重要的科研和工程意义。     

一种改进后的海上风机动力特性理论分析方法研究

海上风机是一种高柔性海洋结构物,其支撑结构的动力响应对风、浪、流等环境因素、风机荷载及基础刚度的影响异常敏感。建立基础-塔架-顶部集中质量为一体的风机简化计算模型,在底部弹性约束条件下考虑水平刚度和转动刚度之间的耦合。基于改进后的计算模型、经典微分方程及其边界条件,通过对方程的求解,系统研究底部基础刚度和顶部竖向轴压等设计参数对结构前四阶自振频率的影响规律。本文研究结论在一定程度上可揭示风机运行过程中因基础刚度变化而引起的支撑结构动力特性变化规律,可为今后实际工程中风机基础、支撑结构的选型及设计提供相关启示。     

土工动力离心模型试验在边坡工程中的应用综述

总结了土工动力离心模型试验在边坡的地震响应、动力破坏机理、液化大变形和土与结构物动力相互作用等研究中的应用现状，提出了目前边坡动力模型试验中存在的问题，以及今后的发展方向。     

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°。     

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。     

地铁列车循环荷载试验论证研究

地铁循环荷载作用下饱和软黏土的动力特性研究对于揭示软黏土在地铁荷载下的孔压、强度以及变形模式具有重要意义,可以为控制地铁长期沉降、降低运营风险提供理论依据。试验加载形式的不同会带来不同的动力特性表征,需选取最能反映地铁列车真实性质的荷载形式。本文在列车荷载作用下研究土动力特性,采用室内动三轴试验的方法,对比分析不同形式下动力荷载作用效果。试验研究表明:偏压正弦波可以作为简化波形研究列车荷载,它不仅可以确保加载过程中地基土只有压应力,而且能较好地模拟列车循环荷载。     

爆炸荷载下隧道口动力离心模型试验研究

城市生命线工程如地铁隧道已经成为恐怖袭击的目标,抗爆防爆问题成为热点研究问题之一。文中采用清华大学50g-t土工离心机进行了爆炸离心模型试验,研究了隧道口区域在爆炸荷载作用下土体-结构物系统的动力响应规律。通过测量和分析土体位移得到了弹坑塑性区的界限,分析结构的应变响应,得出塑性区与结构的相对位置是影响结构响应的主要因素之一。     

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。     

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。