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。     

珊瑚砂地质条件下钢板桩结构可靠性分析

在热带地区开展水运工程设计施工项目,经常会遇到珊瑚砂地质,其力学特性较为特别,强度低、易碎、黏性低,力学指标变异性较大,国内现有设计规范对珊瑚砂地质条件特殊性考虑不足,设计人员在相关设计参数选取时经常忽略采用可靠度理论进行结构安全复核。以马尔代夫机场扩建项目为案例,运用可靠度理论分析了珊瑚砂力学指标的高变异性对钢板桩结构稳定可靠度的影响。根据分析,在珊瑚砂地质条件下,按照《码头结构设计规范》（JTS167-2018）进行稳定性计算,得出的结果偏于危险,应引起结构设计人员的重视。在进行结构设计时,应同时按照《港口工程结构可靠性设计统一标准》（GB50158-2010）复核板桩结构可靠度。同时,珊瑚砂较小的黏性,在进行结构可靠度计算时可以忽略。     

深水港斜顶桩驳岸结构后高回填桩土相互作用研究

斜顶桩驳岸结构是一种深水高桩码头接岸结构型式,驳岸结构后进行高回填将是一个复杂的被动桩与土相互作用的问题。采用平面有限元方法,分别建立了后支撑和前支撑斜顶桩驳岸结构的桩一土相互作用模型,桩基采用梁单元模拟,桩一土界面采用接触对进行模拟,进行了高回填施工过程的仿真分析。将承台侧向位移的数值计算结果与原型观测值进行了比较,吻合较好,并对桩身侧向位移、板桩前后土压力以及位移场进行了分析。结果表明：结构的变形随着施工过程进行而变化,承台最大侧向位移发生在施工过程中;不同驳岸结构的被动土压力分布相似,而主动土压力由于支撑桩的位置不同而有所差别;后支撑桩的桩身挠度相对较大。研究结论可为此类结构的设计及计算提供参考,也可为深水港结构型式的优化提供建议。     

考虑群桩效应的海洋平台桩—土—结构共同工作研究

考虑群桩效应的近海导管架平台的桩、土结构共同工作研究是一个很复杂的课题，要考虑很多因素。在平台结构的概念设计或初步设计中则可采用一些近似方法。本文根据目前国内外对群桩研究的成果，依据文克尔相互作用模型，提出了一个较方便实用的群桩效应计算方法，并建立了考虑群桩效应的桩—土—结构共同工作的计算模型，通过编制计算机程序得到实现，最后根据算例分析得到有关结论     

海床表层软土对宽浅式筒型基础承载特性影响研究

近海海床表层多为软黏土或淤泥质土,为探究海床表层软土对海上风电宽浅式筒型基础承载特性的影响,以中国广东某海域风电场为背景,通过有限元分析的方法,研究竖向、水平、弯矩荷载作用下软土层厚度和土体强度对基础极限承载力、破坏模式以及筒基土压力分布的影响。研究结果表明:当软土层厚度小于H/2(H为筒裙高度)时,单向荷载作用下宽浅式筒型基础极限承载力随软土层厚度的增加呈线性减小的趋势;当软土层厚度大于H/2后,承载力降低速率逐渐增大。表层软土的存在,使得塑性区范围缩小,软土层内土体塑性破坏更加明显。竖向荷载作用下,随软土层厚度的增大,筒顶承载先减小后增大,筒内侧摩阻力先增大后减小;水平荷载和弯矩作用下,筒侧被动土压力的降低是引起软土覆盖地基中基础承载能力降低的主要因素。     

海冰与直立结构相互作用的破坏模式研究

海冰在结构前的破坏模式以及产生的冰载荷与结构尺度和海冰厚度密切相关。采用海冰离散元方法（DEM）模拟平整冰与直立结构相互作用过程中的海冰破坏模式及整体冰载荷。该离散元方法的计算参数通过与Norstr?msgrund灯塔的现场实测数据对比进行了可靠性验证。在此基础上,对不同宽厚比（结构宽度与海冰厚度的比值）工况下平整冰与直立结构作用过程中的海冰破坏模式和整体冰压力进行了离散元分析。模拟结果表明：当宽厚比＜10时,海冰破坏模式主要为挤压破坏;当10≤宽厚比＜30时,海冰混合破坏发生;当宽厚比≥30时,海冰屈曲破坏发生。从海冰断裂长度与平均冰压力两个方面进一步说明了海冰破坏模式的转变过程。最后,构建了直立结构极值冰压力计算公式。研究成果可为寒区直立结构的整体设计提供参考。     

冰对锥体结构作用力的预测模型分析

通过对作用在锥体结构上的各种静冰力预测模型的介绍,根据大量实验室模拟测试数据,运用直方图对比、无量纲效应分析及统计分析等手段,对有关静冰力计算公式进行了全面分析与确认.所采用的分析方法为我国渤海辽东湾JZ20-2平台原型冰荷载测试数据与预测模型的比较,为利用原型观测数据建立适合于我国渤海环境条件下冰对锥体结构作用力预测模型,提供了有效的技术手段,同时也为有冰海域结构物的可靠性分析提供了各统计量有价值的参考数据.     

海工结构物桩基础竖向稳定性的可靠度分析

应用可靠度理论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,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,并进一步对各指标的灵敏度进行比较分析。分析结果表明,在各个设计参数中,厚土层的强度指标和设计荷载是两个相对重要的参数,在渤海海域中应用API标准中规定的荷载抗力系数进行设计是适用的。     

Small- and large-scale model tests on the buckling property of slender pile

Slender piles embedded in soft ground or liquefied soil may buckle under vertical load. In this paper, both small- and large-scale model tests are conducted to investigate the buckling mechanisms of a slender pile and the lateral earth pressure acting on the pile. To observe the buckling of a slender pile, the strain-controlled loading method is adopted to apply a vertical load. When the two ends of a slender pile are hinged, the buckling mechanisms of small- and large-scale model tests are same. It should be noted that this applies only to a system with a small ratio of pile bending stiffness to soil bending stiffness. An applied vertical load increases with an increasing pile head settlement until it reaches the critical buckling load. By further increasing the pile head settlement, the measured load approaches the critical buckling load. In the large-scale model test, the measured lateral earth pressure (i.e., active and passive) acting on the slender pile varies linearly with the lateral pile displacement when the measured range is 3–5?m beneath the ground. A critical buckling calculation method has been adopted to compare with the conventional “m” method. The two-sided earth pressure calculation method can achieve more approximate results with the model test.     

门架式水力插板桩的整体抗倾覆稳定性计算

研究门架式水力插板桩的抗倾覆稳定性,以确定其入土深度和工程安全以及工程造价。通过对目前较常用双排桩的稳定性计算分析,提出了1种新的桩土整体抗倾覆稳定计算模型,即将双排桩和桩间土视为1个整体,考虑双排桩桩间土的剪切破坏面随双排桩入土深度的变化,给出了门架式水力插板桩抗倾覆稳定性计算方法。并通过1个实例计算,验证了本文计算方法的可行性和一些有意义的结论。     

黏性土底床中桩基底部吸力试验研究

海洋工程结构物桩基/基础在水下黏性土底床中上拔时,其底部会产生负压,由于负压产生的吸力可一定程度上影响桩基的抗拔力,而对于该力的变化特性目前尚不明确。因此,开展对海工结构物桩基在黏性土底床中上拔时底部吸力的研究具有十分重要的现实意义。通过物理试验,测量了模型桩在黏性土底床垂直上拔过程中底部腔体形态、压力以及拉力的变化情况,分析了上拔速度和埋深比对桩体底部压力的影响。研究结果表明:在黏性土底床中,桩基底部负压吸力对抗拔力有一定影响;桩基上拔时,底部会产生孔隙水腔体,在负压作用下,腔体不断被周围土体回填,使腔体大小保持相对稳定;相同埋深条件下,桩基底部负压随上拔速度增加而增大,但当上拔速度增大到一定值后,其影响不再明显;相同上拔速度情况下,桩基所受负压随埋深的增加而增大。最后提出了计算桩基垂向上拔时底部最大吸力的经验公式,并对公式进行验证。     

V⁃H荷载作用下海洋平台吸力式桩桶桩土承载特性研究

用于海洋平台的吸力式桩桶基础作为一种新型平台基础正逐渐成为人们研究的重点。为研究吸力式桩桶单桩基础的受力特性,对V-H（竖向—水平）联合荷载作用下的吸力式单桩基础桩土的承载特性进行了数值模拟,并将数值模拟的有限元解通过与API规范中对p-y曲线的计算方法进行对比来验证有限元模型的可行性,最后采用分级作用力的加载方式对其破坏包络曲线进行绘制,并推导出相应的函数表达式。研究表明,采用ABAQUS有限元分析软件对吸力式桩桶进行数值模拟是可行的,随着对吸力式桩桶所施加V-H联合荷载的不断增大,吸力式桩桶所能体现的应力和弯矩极限值也在随之增大,其位移变化主要在施加荷载的区域附近,最后在联合荷载作用下所体现的极限承载状态,即包络曲线大致呈四分之一的椭圆形状。     

A numerical model for ultimate soil resistance to an untrenched pipeline under ocean currents

One of the main concerns for pipeline on-bottom stability design is to properly predict ultimate soil resistance in severe ocean environments.A plane-strain finite element model is proposed to investigate the ultimate soil resistance to the partially-embedded pipeline under the action of ocean currents.Two typical end-constraints of the submarine pipelines are examined,i.e.freely-laid pipes and anti-rolling pipes.The proposed numerical model is verified with the existing mechanical-actuator experiments.The magnitude of lateral-soil-resistance coefficient for the examined anti-rolling pipes is much larger than that for the freely-laid pipes,indicating that the end-constraint condition significantly affects the lateral stability of the untrenched pipeline under ocean currents.The parametric study indicates that,the variation of lateral-soil-resistance coefficient with the dimensionless submerged weight of pipe is affected greatly by the angle of internal friction of soil,the pipe-soil friction coefficient,etc.     

水射流辅助动力沉桩技术研究

水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩是一种有效处理土塞问题使桩达到标准贯入深度的辅助沉桩方法,而该项技术的关键是水射流对桩内土塞的破坏。借助理论分析、数值模拟和模型实验进行水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩研究。首先进行射流破坏土塞理论分析,定性地说明水射流破坏土塞能力与水射流压力、流量等参数有关;然后对不同形状喷嘴形成的射流的破坏土塞能力进行数值模拟,得到六种喷嘴射流作用下土塞内的最大、最小应力;再通过模型实验对有无射流辅助沉桩的沉桩锤击数进行对比,结果表明水射流辅助沉桩的锤击数少于无射流辅助沉桩的锤击数,说明水射流可用于辅助动力沉桩。最后设计出水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩工艺步骤。     

Influence of large-diameter pipe pile driving on surrounding marine soils and adjacent submarine pipelines

Abstract

With the large-scale development and utilization of ocean resources and space, it is inevitable to encounter existing submarine facilities in pile driving areas, which necessitates a safety assessment. In this article, by referring to a wharf renovation project as a reference, the surrounding soil response and buried pipe deformation during pile driving in a near-shore submarine environment are investigated by three-dimensional (3D) numerical models that consider the pore water effect. Numerical studies are carried out in two different series: one is a case of a single pile focusing on the effect of the minimum plane distance of the pile–pipe, and the other is a case of double piles focusing on the effect of the pile spacing.