随机波作用下伞式吸力锚基础局部冲刷演变分析

为了验证新型伞式吸力锚基础的防冲刷效果,本文利用Flow-3D软件建立三维海床-吸力锚-波浪相互作用模型,基于JONSWAP随机波浪谱,结合某海域风区资料模拟随机波,对随机波浪作用下伞式吸力锚基础(USAF)局部冲刷演变进行分析,试验土体为非黏性土.首先探讨了随机波浪作用下基础周围流场变化规律和冲刷演变模式,其次分析了...     

组合荷载作用下伞式吸力锚基础承载特性数值分析

针对用于海上风力发电机的伞式吸力锚基础(USAF)实际条件下的受力特点,采用数值模拟方法,基于大型通用有限元软件ABAQUS构建数值计算模型,对伞式吸力锚基础在H-V、H-T、V-T荷载平面内以及H-V-T非共面复合加载模式下的承载特性进行分析,进而推导其破坏包络面数学表达式。分析中采用固定位移比加载法进行复合加载,并将桶顶位移作为失效破坏标准。结果表明：(1)拟定的应力归一化复合加载破坏包络面椭圆曲线方程可以较好地模拟不同主筒长径比USAF在不同荷载空间内的破坏包络面形式;(2)H-T空间内USAF复合承载性能随主筒长径比(L/D)的增大而提高,而H-V、V-T空间内变化不明显;(3)绘制了H-V-T空间内USAF三维破坏包络面,可根据实际受荷状态与包络面之间的相对位置关系,评价实际工况下伞式吸力锚基础的稳定性。     

黄河三角洲海上风机新型吸力锚基础型式分析

海上风力发电是未来风电产业的主要趋势,黄河三角洲沿海滩涂地带风能蕴藏量丰富,多为风能富集型,具有很大的开发潜力。但水下黄河三角洲地域条件复杂,广泛发育着不稳定地形地貌,加上波浪荷载和风荷载的联合作用,极易引起海床土体侵蚀液化,直接影响海上风机基础的安全稳定性。在分析了现有海上风电风机基础的优缺点后,针对现有风机基础存在的弊端,提出了一种新型伞式吸力锚基础,并对其结构优势和安装方法做了说明,该新型吸力锚基础独特的结构设计在黄河三角洲地区风电开发中具有一定的应用前景。     

循环荷载下饱和粉土中伞式吸力锚水平承载性能研究

利用ABAQUS有限元软件构建模型,对伞式吸力锚施加水平循环荷载,研究伞式吸力锚的承载性能。在固定荷载大小的情况下,研究锚体位移以及不同位置土体的应力应变。分析可得,在水平循环荷载的作用下,土体的最大塑性应变出现在筒裙位置,筒裙和锚支的结合发挥了主要的承载作用。改变荷载工况,研究不同荷载大小对伞式吸力锚的影响。研究发现,随着循环波浪荷载作用强度的增大,筒裙的稳定作用愈加明显,且这种作用在循环波浪荷载的后期阶段相对更加突出。     

单向流条件下单桩桩周冲刷过程特征试验研究

水流引起桩基周围地基冲刷是海洋工程中的经典课题,由于问题涉及流体动力学和土力学的交叉内容,加之试验技术和计算能力的限制,这一冲刷过程仍有很多方面尚待进一步厘清。开展10组室内水槽试验,研究了不同水深情况下定床和动床冲刷时单桩桩周局部冲刷深度的发展过程。在试验过程中,通过模型桩内放置摄像机实时监测桩周冲刷深度变化,得到桩周冲深边界及最大和最小冲深方位随时间的变化曲线。试验研究发现这一冲刷过程主要特征为:局部冲刷首先发生在桩(侧)前方并逐渐向桩周扩展,而桩后则先发生淤积后再冲刷;水深越大,流速越大,桩后淤积现象持续时间越短,桩周冲刷发展迅速、均匀,但达到稳定所需时间越久;桩周最大、最小冲深点首先分别位于桩的侧前方、桩后区域,随着试验进行会发生转变或波动。     

水平荷载作用下裙式吸力基础承载性能研究

传统吸力基础是一个单桶结构,被广泛作为海洋平台、漂浮结构的基础,近年来也被推广到海上风电塔架。作为风电塔架基础,要充分提高其水平承载能力。为此,提出一种改进的基础形式—裙式吸力基础。采用Z_SOIL有限元软件,针对砂土地基,从水平单调加载和循环加载两个方面,对传统单桶吸力基础和裙式吸力基础进行了承载性能对比研究,得到了相应的荷载-位移曲线。研究结果表明,裙式吸力基础由于设置了"裙"结构,显著提高了其抵抗水平静载和循环水平动力荷载的能力,并能有效控制基础的水平位移,是值得推广应用的一种新型海洋工程基础形式。     

海上风电塔架基础的新型吸力锚研发

海上风电作为一种清洁能源,其开发利用越来越受到世界各沿海国家的重视.吸力锚基础是海洋工程中的一种新型基础型式,广泛应用于海洋平台、海洋浮动式结构等.近年来,也被作为海上风电工程塔架的基础,此海上风电塔架的基础部分是整个工程结构的重要组成部分,它涉及到整个风电结构的安全性,是工程可靠运行的前提.在深入研究已有塔架的基础上...     

海上风机吸力式桶形基础承载特性研究述评

风机基础作为海上风机整体结构的重要部分,承受着上部风机所受到的风浪流荷载,并且对风机的安全性及可靠性至关重要。吸力式桶形基础由于其安装简单和可重复利用等优点,在海洋平台基础中得到了广泛应用,并逐步被应用于海上风机基础中。但由于海上风机与海洋平台在海洋环境中的荷载工况有一定的差别,仍需要通过对其承载特性研究现状进行全面认识,以实现吸力式桶形基础在海上风机基础中的可靠应用。本文通过总结和评价现有研究对桶形基础在不同土体条件以及荷载条件下进行试验及数值模拟分析得到的研究结果,综述了静荷载和循环荷载作用下砂土和黏土中的吸力式桶形基础的承载特性研究现状,以及海上风机吸力式桶形基础的相关研究。文章展望了目前应用于海上风机基础的桶形基础仍缺乏的研究,为海上风机吸力式桶形基础的可靠应用及后续研究提供重要参考。     

海上风机吸力式桶形基础承载特性研究综述

风机基础作为海上风机整体结构的重要组成部分,承受着上部风机所受到的风浪流荷载,并且对风机的安全性及可靠性至关重要。吸力式桶形基础由于其安装简单和可重复利用等优点,在海洋平台基础中得到了广泛应用,并逐步应用于海上风机基础中。但由于海上风机与海洋平台在海洋环境中的荷载工况有一定的差别,仍需要通过对其承载特性研究现状进行全面认识,以实现吸力式桶形基础在海上风机基础中的可靠应用。文中通过总结和评价现有研究对桶形基础在不同土体条件以及荷载条件下进行试验及数值模拟分析得到的研究结果,综述了静荷载和循环荷载作用下砂土和黏土中的吸力式桶形基础的承载特性研究现状,以及海上风机吸力式桶形基础的相关研究。文章展望了目前应用于海上风机基础的桶形基础仍缺乏的研究,为海上风机吸力式桶形基础的可靠应用及后续研究提供重要参考。     

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.     

湛江某海上风电桩基局部冲刷特征研究

海上风电场桩基局部冲刷是工程设计与运行阶段的重要参数之一。基于湛江某海上风电场桩基3次现场局部冲刷实测数据,进行冲刷坑最大深度、冲刷坑半径和冲淤变化特征的分析与研究;根据桩基局部冲刷经验公式,采用工程海域实测海洋水文动力学数据进行最大冲刷深度与冲刷半径的计算,并进行公式计算值的对比与分 析。结果表明:桩基础在防冲刷设施的保护下,3次实测最大冲刷深度基本稳定为4.0 m,最大冲刷深度与桩径之比为0.57。而经验公式的最大冲刷深度与桩径之比均超过了1.1,说明桩基防冲刷设施取得了一定的效果,冲刷坑半径的计算值与现场实测值吻合较好。建议海上风电场在运行阶段进一步加强桩基冲刷坑监测与防护。     

波浪作用下桶形基础冲刷特性试验研究

在设计结构和考虑有效的海洋工程基础的冲刷防护工程时,了解和预测海洋结构周围的冲刷发展机理是非常重要的。通过波流水槽研究规则波作用下桶形基础的冲刷特性,试验主要考虑波高与结构尺寸对桶形基础周围局部冲刷的影响,并分析波浪冲刷过程中模型周围的时程地形、波浪作用后的冲刷坑性状、冲刷影响要素以及不同结构间的冲刷差异。结果表明:桶形基础的冲刷过程是震荡加深发展,最大冲刷深度与冲刷宽度随波高增大而增加,随上部结构直径增大而增加,最大冲刷深度位置随波高与结构尺寸变化而变化;不同结构间的冲刷坑形态与冲刷后的地形不同,最大冲刷深度相差可高达4倍;桶形基础结构直径比范围为0.2～0.5时,结构自身具有防冲刷能力。     

波、流及其共同作用下桩墩局部冲刷问题试验研究现状

要研究波流共同作用下桩墩的基础冲刷问题,首先需要了解水流和波浪单独作用下桩墩冲刷的机理和特征。针对波、流及其共同作用下桩墩的局部冲刷问题,从流速、水深、桩径、波长、波高、相对底层流速、粒径和粒径级配等方面系统地简述了恒定流、波浪和波流作用下桩、墩局部冲刷的研究进展。根据实验资料比较了各家经典计算公式的计算结果发现我国规范65-1式计算值偏大,65-2式计算值偏小等结论。桩墩局部冲刷是一个复杂的过程,今后可以针对淤泥质海岸底床、粉沙质海岸底床、复杂桩群结构、物理模型比尺效应、非恒定水动力条件、复杂基础形式方面对波流作用下基础冲刷的最大冲刷深度、冲刷过程、冲刷范围进行研究,以弥补桩墩局部冲刷在这些方面的不足。     

吸力式沉箱基础长期水平荷载作用下承载特性试验研究

通过两组不同水平荷载作用下吸力式沉箱基础长期模型试验,对吸力式沉箱基础随时间的位移变化规律以及土压力分布规律进行了研究。试验结果表明:在长期模型试验中位移发展主要集中在试验前期,后期位移稳定需要更长时间,土体流变效应较为明显。土压力沿深度分布曲线呈抛物形状,表明沉箱基础在水平荷载作用下为转动模式,随时间增加被动区土压力变化呈增大趋势,主动区土压力呈减小趋势。土压力发展主要集中在试验前期,后期土压力变化相对较小,但土压力稳定所需时间较长,同时荷载值越大土压力稳定所需时间越长。     

水流作用下管汇结构周围局部冲刷试验研究

水下生产系统的管汇结构是海底油气资源开采的关键设备之一,近年来得到了广泛的应用。放置在海床上的管汇改变了海床泥沙沉积物的输移能力,由此导致结构基础周围冲淤变化。如果结构物周围冲刷深度过大,将会影响结构的正常使用。为预测管汇结构在水流作用下的冲刷形态与冲刷深度,本文通过水槽物理模型试验和分析手段,对恒定流作用下水下生产系统的管汇结构周围的局部冲淤形态及形成机理进行了分析。采用声学多普勒测速仪(ADV)对结构周围流场进行了精确测量,利用测量结果分析了流速分布规律及对结构物周围局部冲刷的影响。得出影响低矮结构物周围局部冲刷的主要水流结构为结构物尖角处的水流加速,马蹄形漩涡的影响较小。对研究低矮结构物周围局部冲刷的影响因素具有重要意义。     

复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷研究进展

文章从桩基—土体相互作用与传统桩基冲刷两个方面对国内外复杂动力环境下海上风电单桩基础冲刷相关研究进行了系统的回顾与分析,总结了这两个方面研究中各自存在的不足。为了使研究成果更贴近工程实际,建议该领域未来的研究中应同时考虑传统冲刷研究中的水动力荷载与桩基在复杂荷载作用下的循环振动响应,深入探究冲刷过程对风机单桩基础结构动力特性的影响,揭示复杂荷载动力条件下风机单桩基础附近的冲刷机理,进一步优化现有冲刷防护设计。     

粘土中张紧式吸力锚破坏模式与承载特性有限元分析

对利用有限元计算分析张紧式吸力锚承载力的方法进行了研究,结果表明:锚土之间接触特性的描述取决于锚的破坏模式;当锚为竖向破坏时,采用临界剪应力摩擦模型描述锚土间接触是恰当的;当锚为水平破坏时,采用库伦摩擦模型描述锚土间接触是恰当的。计算中若采用基于Mises屈服准则的理想弹塑性本构关系描述软土的不排水应力应变特性,且按位移标准确定极限承载力,则弹性模量的取值对确定软土中吸力锚承载力有影响且取决于锚的破坏模式;当锚发生竖向破坏时,弹性模量按约150倍的不排水强度取值是恰当的;当锚发生水平破坏时,弹性模量按约75倍的不排水强度取值是恰当的。探讨了依据软粘土循环强度利用拟静力弹塑性有限元计算,估算平均荷载与循环荷载共同作用下吸力锚平均位移变化趋势的可行性,计算与模型试验结果比较说明,计算得出的拟静力荷载位移曲线能够对锚实际平均位移的变化趋势给出一个恰当的估计。     

单向流作用下沉底物体对水流结构和地形变化的影响

<正>在河口水流环境中,床面上的物体(如海底管线、水雷、桥墩、丁坝等)会对流场、底床产生重要影响。由于物体的存在造成局部流动呈强三维紊动特征,泥沙运动剧烈,从而造成局部地形强烈变化。物体周围的局部冲刷过程和机理十分复杂,涉及物体形状、水动力环境、底床泥沙类型等多种因素。对于此类问题,模型实验分析一直是主要的研     

离散元法模拟吸力锚施工中生成的土塞研究

吸力锚是近年来在海洋工程中出现并得以迅速发展的一种新型基础形式。然而吸力锚施工中产生的土塞现象对顺利施工和安全使用构成了严重的威胁。文章采用了离散单元法来研究吸力锚施工中的土塞现象,并得到了一些结论。圆形刚性颗粒模型是文章中所采用的基本模型,同时动态松弛法成为基本的求解方法。     

强潮流作用下桥墩不对称“双肾型”冲刷地貌特征与机理

本文在海图地形资料分析桥轴线附近的海床自然冲刷的基础上,利用多波束测深技术研究大桥主墩附近局部冲刷地形。结果表明,该大桥桥位附近地形冲刷较显著,且大桥主墩位置有持续冲刷的趋势;主墩上、下游群桩最大冲刷深度呈上游最深、中部淤积、下游渐深的不对称形态,最大局部冲刷深度为4 m;桥墩整体冲刷坑形态呈南北“双肾型”;潮流流向与桥墩迎流面存在偏南的入射角,使得各桥墩南侧的最大冲深和冲刷范围均大于北侧。