波流耦合下桩周珊瑚砂冲刷机理研究

针对我国南海某岛礁珊瑚砂地基上的圆形桩基础,采用N-S方程k-ε模型、双向耦合方式跟踪流场中颗粒运动轨迹的方法,对桩周珊瑚砂的冲刷规律进行了求解,分析了桩体周围流体的速度场以及桩体表面剪应力场的分布规律,同时对桩周珊瑚砂冲刷坑的形成过程进行了模拟。计算结果表明,在桩体周围形成的马蹄形漩涡和桩柱后方的尾涡作用下,桩周土体出现了较为明显的冲刷现象,涡旋的释放显著地影响着珊瑚砂地基上桩基的冲刷坑形状;而且,由于珊瑚砂颗粒密度较石英砂小,水动力作用下桩周冲刷坑更容易形成,所以实际工程中需要考虑有效的防护措施。     

格型钢板桩结构数值建模方法研究

针对格型钢板桩结构的三种建模方法(考虑板桩间铰接特性,用壳体单元模拟板桩的有限元模型;不考虑板桩间铰接特性,用壳体单元模拟板桩的有限元模型;将格体看做一个整体,用实体单元模拟板桩的有限元模型)进行分析,对各种建模方法得出的关于稳定性、破坏模式、格体环向应力、格体内外土体压力的相关结论进行比较,得到适合工程应用的建模方法。结果表明:三种有限元模型中,考虑板桩间铰接特性的壳体单元模型,因其考虑因素全面,是最准确的模型。对于重要工程,应采用考虑板桩间铰接特性的壳体单元模型进行计算。对于一般工程结构,在稳定性分析方面,三种有限元模型都很适用,由于壳体单元模型收敛性较差,建议采用比较成熟的实体单元模型进行简化;对于破坏模式和板桩间环向应力,建议采用不考虑板桩间铰接作用的壳体单元模型进行简化;对于结构背浪侧格型钢板桩结构格体外侧土体最大被动土压力和格内土体压力,采用不考虑板桩间铰接特性的壳体单元模型进行估算。结论对工程数值建模运算具有指导意义。     

低围压水平下砂的排水行为(英文)

采用干样沉降法制备样品 ,选用静三轴仪对松砂和密砂样在 10 k Pa至 10 0 k Pa的低围压下的排水行为进行了实验研究 ,并对实验结果作了橡皮膜校正 ,在围压为 10 k Pa的密砂实验中 ,轴向应力的校正值可达到 12 %。实验研究表明低围压下松砂的剪胀性非常明显 ,且存在剪应力极值 ;围压越低 ,松砂和密砂的剪应力极值越小 ,达到最大剪应力所对应的剪应变越小。同时还表明低围压范围内相对密度不同 ,砂的应力应变特性不同 ;此外 ,低围压下砂的内摩擦角高于高围压下的值 ,从而在工程上应重视低围压水平下砂土工程参数的合理选取     

冰和直立结构相互作用的静冰力可靠性分析

我国渤海每年约有3个月的结冰期,冰与海洋结构的相互作用远较波浪为甚,因此有必要进行冰与海洋结构相互作用的可靠性分析.首先,采用热力学的方法根据每年实测的环境参数对海冰平整冰厚进行数值模拟计算,然后根据计算结果对不同重现期的极值冰厚采用极值统计法给出了极值分布,并与其他文献作比较.其次,以应变速率为海冰强度的主要影响参数,给出了海冰强度的概率分布.最后,以Schwarz公式为静冰力计算公式,结合得到的冰厚和冰强度的概率分布,采用映射变换法进行不同重现期静冰力的可靠度分析计算,并用蒙特卡罗重点抽样法进行模拟.     

海上复杂地质条件下大直径钢管桩时效性试验研究

通过对3根海上复杂地质条件下的大直径钢管桩采取高应变初打与不同休止时间复打相结合的试验方法,得到不同休止时间钢管桩承载力、侧阻力及端阻力大小,以此对不同桩侧土及持力层对钢管桩时效性的影响进行了研究。研究结果表明:1)钢管桩承载力时效性现象明显,且随时间增长迅速; 2)钢管桩侧阻力的恢复系数远大于端阻力; 3)桩侧黏性土强度的恢复是钢管桩侧阻力增加的主要原因; 4)砂土层虽提供的侧阻力较大,但其对侧阻力增长的贡献不如黏性土; 5)持力层越硬,端阻力与承载力的恢复性越差。     

渤海海域单柱三桩式海上风电结构冰激振动分析

针对渤海某区域以单柱三桩式结构为支撑的海上风电系统进行了冰激振动分析。首先模拟风电结构具有显著动力特性差异的主-从式结构特征,根据工程场址海域冰情条件,设置了合理的海冰分析工况,随后依据概化冰力函数确定作用于风电基础结构上的动冰力时程,开展全时域瞬态动力分析。通过对计算结果的详尽分析,选定表征冰与风电结构相互作用进程的综合控制因子Ic,建立基于综合控制因子的冰振事件区划及其出现概率的预判方法。相关方法将为渤海海域风电工程结构冰激振动问题的预判与评估提供参考。     

复杂地质条件下钻井平台插桩就位可行性分析及应对——以南海西部乐东区块埋藏古河道为例

埋藏古河道是一种常见的灾害地质类型。本文通过对浅地层剖面的解释分析,获得埋藏古河道的剖面、平面以及空间展布特征,在钻孔取样、孔压静力触探(CPT)的基础上进行钻井平台插桩深度预测,综合多种分析结果,开展钻井平台就位可行性评价,为钻井平台的插桩就位提供指导。研究结果表明,当钻井平台桩腿分别位于埋藏古河道侧缘和河谷时,插桩深度差异较大,钻井平台就位风险极大。这种工程物探与工程地质相结合的调查手段既能宏观把握地下灾害地质现象,又能有效克服工程地质调查结果只针对单个位置点的局限性,有助于更加精准地做出判断,躲避风险,实现钻井平台的安全就位。     

中国南海极端风暴海况下固定式平台结构可靠性分析

基于中国南海海域风暴环境条件,研究分析南海海域固定式导管架平台结构整体性和可靠性,以及新建固定式平台结构设计准则。采用海洋环境数据后报方法,得到南海海域1972~2011共40年的风、浪、流联合数据,从中抽取风暴环境条件;利用通用荷载模型,将40年间的风暴环境数据转变成结构的荷载数据,即基底剪力或倾覆力矩;并计算得到风暴环境荷载的短期及长期分布,以及任意风暴下荷载的概率分布;根据结构可靠性模型,结合荷载的长期分布,研究基于结构暴露等级及失效概率的固定式平台结构强度储备比。根据计算,得到了不同暴露等级下中国南海平台的强度储备比,并与墨西哥湾及北海海域进行了比较,为新建平台提供设计参考。     

风、浪荷载作用下海上风机单桩结构灌浆连接段疲劳性能评价

灌浆连接段的疲劳性能对于海上风机单桩支撑结构至关重要。基于385种工况下的某实际5 MW单桩风机支撑结构在风、浪荷载作用下的动力响应分析,获取了灌浆连接段荷载边界条件时程。建立灌浆连接段精细化有限元子模型,将荷载边界条件转化为应力时程。对于剪力键采用"热点应力"方法进行疲劳性能评价。对于灌浆材料,选取剪力键附近灌浆材料单元积分点处的第三主应力进行疲劳性能评价。采用Palmgren-Miner线性损伤累计准则和雨流计数方法进行疲劳损伤的累计。在某实际灌浆连接段20年的设计寿命周期内,最大剪力键总疲劳损伤为1.35×10~(-10);最大灌浆材料总疲劳损伤为1.54×10~(-3)。由此可见,灌浆连接段的疲劳性能由灌浆材料控制,且损伤值远小于限值1/3,在现有的荷载条件下,灌浆连接段不会发生疲劳破坏。分析产生损伤较大的几种工况可知,风速对现有单桩结构灌浆连接段疲劳的损伤起控制作用。     

海上风电单桩式支撑结构冰激振动及参数敏感性分析

针对渤海湾某风电场的海上固定式风机支撑结构,采用适用于大直径单桩结构的PSI曲线模拟桩土相互作用,并采用SACS软件建立支撑结构的动力分析模型。首先对支撑结构进行模态分析;其次考虑海冰结构的随机振动作用模式,根据适用于渤海湾的随机冰力谱构造随机冰载荷时程曲线,基于半耦合的时域方法,采用SACS软件对支撑结构进行冰激振动分析,输出塔筒顶部加速度、单桩基底剪力及倾覆力矩等响应参数的时程曲线和响应功率谱;最后针对冰厚、冰速和海冰强度等海冰参数对支撑结构的冰激振动进行敏感性分析。研究结果表明,在随机振动模式下,冰载荷及结构动力响应对冰厚和海冰强度较为敏感,在进行冰激振动分析时应合理确定冰厚和海冰强度等参数。     

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。     

颗粒形状对珊瑚砂和石英砂沉降影响的试验研究

在研究海岸侵蚀的过程中,泥沙沉速是一个重要参数,对于侵淤量的计算非常重要。近些年来,由于工程活动、海洋动力和气候等因素变化的影响,珊瑚砂海岸的侵蚀冲刷问题已不容忽视。考虑到珊瑚砂与石英砂在形状、比重上的不同会对其沉速造成影响,套用现有石英砂的沉速公式进行计算并不合适。本文针对珊瑚砂和石英砂进行沉降试验,分析形状对珊瑚砂沉速的影响。结果显示,在小粒径(d 0.5 mm)下形状对珊瑚砂沉速的影响并不明显,在大粒径(d 0.5 mm)下明显减缓了珊瑚砂的沉降速度,套用石英砂的沉降公式计算出的珊瑚砂沉速明显偏大。故通过提出动力形状因子这一参数来表征形状对沉降的影响,推导出考虑了形状影响的沉降公式,能够较为准确地计算砂粒的沉速范围,计算精度随着黏度的增大而提升。     

金属离子种类对珊瑚砂微生物固化影响研究

选用巴斯德芽孢杆菌,对微生物诱导钙离子、镁离子以及铁离子形成碳酸盐固化松散珊瑚砂颗粒的效果进行对比研究。试验结果表明,在相同试验方法、相同注入次数的条件下,微生物诱导形成的碳酸钙和碳酸镁能将珊瑚砂松散颗粒固化成为整体,加入铁离子的试样因为反应过程的原因没有成功。通过渗透性、干密度变化、无侧限抗压强度及微观结构等方面进行对比分析,钙离子试样相对于镁离子试样,具有固化过程平稳、干密度增量大、强度高、微观颗粒包裹更好的优点。综合试验结果得出,钙离子是现阶段微生物固化珊瑚砂较为理想的金属离子。本试验首次探讨了金属离子种类对珊瑚砂微生物固化效果的影响,为微生物固化技术提供了一定理论基础,对该技术的进一步应用具有一定借鉴意义。     

Model experimental research on uplift single pile in calcareous sand of South China Sea

Vertical uplift static loading tests of single model pile were conducted in the in-lab calcareous sand and quartz sand by emulating practical condition of full-size piles in site. The settlement, lateral deflection, axial force, and friction distribution of the pile are analyzed for each physical test. The pile behaviors in calcareous sand and quartz sand are compared. From the test results, it can be found that the pile top displacement of uplift pile in calcareous sand can be divided into two stages: the pile–sand synchronous stage and pile–sand asynchronous (relative displacement) stage. Data from uplift tests show that the heave of calcareous sand around pile top is very small, which is resulted from the mutually restraint of surface particle. The mutual restriction of surface particle leads to “bottleneck effect” and strengthens ultimate side friction of upper pile segment. In addition, the shear dilatancy and particle breakage of calcareous sand lead to the upper harden and the lower soften of side friction, respectively. Cases of calcareous sand and quartz sand show different responses to pile forming methods, which due to the sands’ different characteristics of particle breakage when compressed as well as plastic deformation under loading–unloading conditions.     

柱状珊瑚砂静水沉降试验研究

沉降速度是珊瑚砂的一个重要物理参数。由于柱状珊瑚砂与其他形状的珊瑚砂有着明显的差异,套用现有珊瑚砂的沉速公式进行计算并不合适。本文选取柱状珊瑚砂进行单颗粒沉降试验,研究静水中柱状珊瑚砂沉降速度及其影响因素,通过讨论分析不同的等效粒径和形状系数对柱状珊瑚砂沉降速度的影响,发现柱状珊瑚砂的沉降速度与等容粒径和Corey形状系数密切相关,基于本文试验数据推求了适用于计算柱状珊瑚砂沉降速度的经验公式,丰富了海岸泥沙理论。     

Shaft capacity of pre-bored grouted planted nodular pile under various overburden pressures in dense sand

Abstract

This paper presents the results of a series of model tests performed to study the shaft capacity of pre-bored grouted planted nodular (PGPN) pile in dense sand. The influence of the vertical overburden pressure on the shaft capacity of the PGPN pile is also investigated based on the test results. The test piles were equipped with strain gauges to measure the axial loads during the loading process, moreover, a foam plate was buried beneath pile tip to eliminate the influence of tip resistance on the shaft capacity. Some conclusions can be drawn based on the test results: the peak skin friction of PGPN pile increases with the increase of vertical overburden pressure applied on the foundation soil, while the rate of increase decreases with the increasing overburden pressure; the surface of the pile–soil interface of PGPN pile is relatively rough, and significant dilatant increase in lateral stress occurs during the loading process.     

珊瑚礁地质大直径钢管打入桩承载特性研究

马尔代夫中马友谊大桥采用钻孔灌注桩基础,主墩基础施工过程中,将35根大直径钢护筒施沉至中等—强胶结礁灰岩地层,作为钻孔平台的临时桩基础。以主墩大直径钢护筒沉桩记录为依据,并结合高应变动力检测方法,对珊瑚礁地质大直径打入桩的承载性能进行研究。研究结果表明:1)以钙质砂为主的覆盖层侧阻力较小; 2)礁灰岩侧阻力随胶结程度的增加而增大; 3)中等—强胶结礁灰岩可以作为打入桩的持力层,端阻力约占总承载力的70%; 4)打入桩的承载力恢复系数较小,仅为1.1。     

南海南部海域岛礁区海底珊瑚砂声速影响因素的初步研究

通过对南海南部海域岛礁区科学考察数据资料的分析研究,得出了岛礁区海底珊瑚砂的纵波声速随孔隙度、含水量增大而减小,以及声速随中值粒径、湿密度增大而增大的统计结果,并在Biot和Wyllie的松散饱和水沉积物声速理论公式与模型基础上,解释了物理力学因素对海底珊瑚砂声速的影响机制,阐明了固相因素和液相因素的强弱变化引起声速增大或减小的理论原因,分析了各种声速经验公式在海底珊瑚砂声速估算上的精度差异,得出了有必要建立包括海底珊瑚砂在内的单一类型声速经验公式的初步结论。     

Shear behavior of geotextile-reinforced Chlef sand in the Mediterranean region: Laboratory investigation

Abstract

An experimental study about the effects of initial conditions of soil and geotextile reinforcement on the mechanical behavior of reinforced sand is presented in this paper. A series of direct shear tests are conducted on reconstituted specimens of dry and moist natural sand prepared with different initial water content (w?=?0, 1.5, 3, and 5%) and including the two arrangements of geotextile layers (one and two layers, respectively). Both S41 and PEC55types of non-woven geotextile were used and placed at different heights of the specimens to investigate the effect of geotextile reinforcement on the behavior of sand. Test specimens were prepared at Dr =80% of relative density and were subjected to three different normal stresses of 100, 200, and 300?kPa. The experimental results showed that the deposition mode (wet and dry) and the geotextile reinforcement have significant effects on the behavior of reinforced sand. The increase in shear strength is relatively more significant for specimens prepared with dry deposition mode as compared to those prepared with wet deposition mode and it increases with the number of geotextile layers, this effect becomes less significant for wet specimens. The experimental results also demonstrated that (PEC55) non-woven geotextile shows a better performance than the (S41) of geotextile. These results can be explained by the effective tensile strength property of polyester yarns of the (PEC55) non-woven geotextile that it has led to a significant increase in the shear strength.