粉土中吸力桶沉贯阻力与土塞失稳机理研究

针对粉土中吸力桶在吸力沉贯中的两个关键性问题——沉贯阻力和内部土体稳定性,在自行研制的试验平台上进行了一系列吸力桶沉贯模型试验。试验结果表明,粉土中吸力沉贯时,Andersen所提供的基于CPT锥尖强度的阻力计算公式能较好预测阻力发展趋势,但计算结果偏小;而修正的承载力公式预测结果在沉贯前期与实测值较吻合,沉贯后期预测偏大。吸力沉贯前期,贯入阻力随深度稳步增长,直到贯入深度达到某个临界值后,阻力增长缓慢甚至保持不变。桶内粉土在吸力作用下的失稳机理与黏土或砂土不同,在渗透力作用下表现为从土层表面开始的自上而下管涌或渗流侵蚀。沉贯后期,端部土体在较高水头差下发生失稳并向桶内流动,造成了桶内土体密度降低,端阻力与内壁摩阻力降低,总贯入阻力主要由外壁摩阻力提供。并结合有限元模拟对上述实验现象的内在机理进行了解释。     

海上风电吸力基础在分层土中的沉贯特性研究综述

吸力基础与海洋工程大直径钢桩相比,具有成本低、安装周期短、对环境影响小、不受海况影响及可回收再利用等优点,近年来在海上风电工程中得到推广应用。吸力基础沉贯至海床预定位置,是其发挥承载力和确保服役稳定性的前提。海床地基土体常以分层土形式分布,且各层土体强度、压缩性和渗透性等存在显著差别,导致吸力基础吸力沉贯机理非常复杂。明确吸力基础在分层土中沉贯特性,有助于指导吸力基础在海上风电工程中的推广应用。对目前吸力基础在分层土中沉贯特性研究进行综述和总结,归纳了其沉贯机理研究进展,并对影响吸力基础在分层土中沉贯因素进行了分析;提出了分层土中吸力基础沉贯的研究方向和改进的沉贯方法。     

海上桶形基础平台负压沉贯渗流场有限元分析

讨论了浅海桶形基础平台负压沉贯渗流场有限元分析方法。通过模型实验结果与有限元分析结果的对比,验证有限元法的可靠性。将有限元法用于桶形基础平台负压沉贯渗流场的计算,得到沉贯过程中许用负压随插深的变化,用于指导平台就位施工时的负压控制。不同插深时,相应许用负压下的桶内、外壁渗流水头和水头梯度分布的计算结果,用于沉贯阻力的计算。     

海上桶形基础平台负压沉贯渗流场有限元分析

讨论了浅海桶形基础平台负压沉贯渗流场有限元分析方法.通过模型实验结果与有限元分析结果的对比,验证有限元法的可靠性.将有限元法用于桶形基础平台负压沉贯渗流场的计算,得到沉贯过程中许用负压随插深的变化,用于指导平台就位施工时的负压控制.不同插深时,相应许用负压下的桶内、外壁渗流水头和水头梯度分布的计算结果,用于沉贯阻力的计算.     

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.     

海上吸力锚负压下沉渗流场的特性分析

采用8结点等参元的有限元方法，对海上吸力锚负压沉贯过程中锚体周围土体的渗流场进行了数值计算与分析，并给出了渗流场相关要素的计算方法，如水头、等势线、渗流力、渗流速度和渗流量等。通过对实例的分析，计算结果和结论令人满意，为吸力锚的设计等现实应用提供了依据。     

桶形基础负压沉贯过程中的比尺效应试验研究

通过对7个不同材料及大小的模型桶基在粉土中的负压沉贯实验过程中的沉贯速度、沉贯负压、桶内表层土中产生的渗流梯度和桶内土塞率的大小的比较,揭示了比尺不同的桶基对贯入过程的影响,为桶基设计和施工提供依据。     

离岸裙式吸力基础在砂土地基中沉贯性研究

吸力基础是海洋工程中新型的一种基础型式,广泛应用于海洋平台、海洋浮动式结构等,近年来,也被作为浅海离岸风力发电工程的基础。吸力基础易遭受较大的水平动力荷载和弯矩,从而可能产生较大水平位移和转角;同时,由于海床冲刷,会降低其承载能力。为克服这些不足,提出了一种新型吸力基础———裙式吸力基础,把分析传统吸力基础砂土中的沉贯方法,拓广到裙式吸力基础中,研究该基础型式在砂土中的可沉贯性以及所需的吸力;并与同情况下的传统吸力基础进行了比较,证明了所提出的裙式吸力基础具有较好的沉贯性能,具有工程实践推广价值。     

砂土中吸力式导管架基础沉贯试验研究

吸力式导管架基础具备高承载力、高施工效率、高环境友好度、低造价等特点,使用其作为海上风电底部支撑结构有利于产业的规模化发展,实现上述愿景的前提在于使筒型基础顺利安装以满足设计要求。基于此,在不同初始施加泵压下,对吸力式导管架的沉贯效率特征值、基础内外围渗流变化、筒裙端部土压力特点进行探究。通过抱桩器使吸力式导管架在吸力安装过程中仅具备竖向自由度,从而进行纯沉贯试验。结果表明：初始泵压2 kPa时沉贯效率特征值最高;沉贯过程中基础外围渗流水压小于基础内围渗流水压;筒裙外侧所受土压要大于筒壁内侧所受土压力。     

海上平台桶基负压沉贯阻力与土体稳定数值计算研究

用有限元分析方法对桶形基础负压沉贯过程中流场进行动态模拟,提出桶形基础沉贯阻力计算方法和土体稳定有限计算方法,提出桶内土体稳定性判断准则,计算结果表明所提方法是合理的,并具有工程实用性。     

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。     

剪土环对筒型基础负压沉贯下沉过程中渗流场的影响研究

筒型基础沉放施工中,随着入土深度的增加,筒体所受的侧摩阻力越大,当达到一定程度时,将导致基础无法继续下沉.为了避免这种情况的发生,在实际的施工中可以在锚体上设置剪土环以减小侧摩阻力的影响.论文针对海上吸力锚基础这一新型海洋平台基础形式研究中面临的吸力锚负压沉贯下沉中设置剪土环及剪土环对其渗流场的影响这一问题,通过对吸力锚渗流场的有限元分析,运用有限元软件ANSYS对锚体周围土体渗流场进行建模分析,利用有限元计算的结果来分析剪土环对渗流场的影响.     

海上平台桶形基础模型压力压贯与负压沉贯试验研究

介绍了海上平台桶形基础模型（模型桶）压力压贯和负压沉贯的试验概况,对比分析了两者贯入力的巨大差异和产生的原因,给出了模型桶压力压贯中贯入深度与压力的关系,负压没贯负压与贯入深度,抽吸泵流量,基土渗流量,桶内土塞隆起之间的关系,试验结果表明,负压沉贯可以大大降低以砂质粉土为基土的土抗力,为在胜利油田类似基土海域海上平台应用桶形基础提供了试验依据,为海上现场导管架桶形基础平台的安装就位施工和控制提供了     

筒型基础安装过程中筒内土塞生成的可视化模拟计算

筒型基础安装过程中，筒内的负压作用会导致土塞现象的出现。以试验模型为基础建立可变形离散元计算模型，通过VC＋＋编制的程序SPSAⅡ对筒型基础负压沉贯中土塞的生成过程进行可视化模拟计算。考虑渗流力、筒壁内外摩擦阻力和筒内负压吸力作为土塞产生的主要外荷载，分别模拟渤海地区3种典型土（黏土、粉土和砂土）的情况。其中，粉土情况下。程序的收敛速度最快，黏土情况下，土塞的计算高度最接近试验测量值，数值计算结果表明该计算方法作为筒型基础施工前筒内土塞高度的预测方法是可行的。     

筒型基础负压沉贯后筒内水膜形成及筒内灌浆效果的试验设计

筒型基础负压沉贯就位后,筒内表面土的沉降会使土层上部产生一层水膜。严重的水膜现象会影响到筒基平台的正常使用,为此专门设计本项试验来模拟筒内水膜形成的机理,并且提出了向筒内灌浆的方法解决水膜问题的方案。该试验通过配土、设计模型筒基、负压沉贯和筒内灌浆等操作过程,设置土槽、安装孔压传感器等实验手段,从土体破坏的角度,寻求负压沉贯过程中沉贯负压、沉贯阻力及孔隙水压力等因素对水膜形成的影响,试图探询水膜形成的规律,并且通过不同泥浆的灌浆试验来寻找有效解决水膜现象的方法。     

桶形基础及其作用下的粉质土海床失稳机制研究的试验设计

在阅读、分析以往的有关资料的基础上 ,结合实际的试验条件 ,对桶形基础及其作用下的粉质土海床失稳机制研究的试验作出了专门设计。该设计通过配土、设计模型桶基和负压沉贯的操作过程、设置孔压传感器等实验手段 ,努力从土体破坏的角度 ,寻求负压沉贯过程中沉贯负压、沉贯阻力及孔隙水压力之间的变化关系和确定桶基的上拔力。并且指出了数据处理的基本思路 ,以利于课题的深入研究。     

渗流引起的筒型基础土体软化分析

筒型基础在施工下沉过程中,负压水头值随着贯入深度的增加而逐渐加大,通过有限元法进行了不同下沉阶段的渗流场计算;总结了渗流场的基本特点并建立渗流场方程;由计算出的速度和梯度通过水土相互作用的微观分析,确定不同下沉阶段的土体软化范围;结合土力学的基本理论,通过土的基本物理指标在软化后的变化确定土的软化程度;最后通过算例计算方法的正确性和理论的合理性。     

海上风机斜壁桶形基础承载特性研究

基于验证的三维有限元方法,考察了斜壁桶形基础的承载特性,得到了变形网格、位移增量分布、位移等值面分布等结果,探讨了斜壁倾角与各极限承载力之间的定量关系。计算表明,桶形基础发生竖向位移时,主要是桶体内部和桶基正下方的土体发生沉降,而桶侧的土体基本不发生沉降。桶形基础受到水平荷载发生转动时,转动中心轴大致位于桶基底面内,桶基水平承载力主要由桶内土体和桶基外侧中上部受压侧土体产生的抵抗反力构成。桶基因受到较大竖直向上荷载而失效时,桶内土体和桶基外侧靠近海床面附近土体产生了较大的向上位移。桶壁倾角β每增加1°,竖向抗压极限承载力、竖向抗拔极限承载力、水平极限承载力分别提高12%、17.4%及3.8%。     

吸力锚基础锚泊线准静力分析模型

随着海洋工程中吸力锚基础尺寸的增大,在系泊系统设计时必须考虑锚泊线切入土体段对整体设计的影响.建立了一种新的基于坐标轴划分微段的准静力分析模型,该模型包括锚泊线切入土体段与水中悬浮段两部分,无需给定锚泊线的初始长度.计算预张状态和工作条件下的锚泊线构形与张力分布,得到锚泊线顶端张力与浮体水平偏移特性曲线,分别对不同预张力和布置沉子对锚泊线状态的影响进行研究,并分析考虑锚泊线切入土体段的必要性.     

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。