海上風電樁基礎的承載機理和分析方法

第 1 章  海上風電樁基礎動力特性研究現(xiàn)狀 ………………………………… 1 
1.1  循環(huán)荷載作用下飽和土體的強度弱化 ………………………………… 2 
1.2  海上大直徑單樁基礎的樁土相互作用 ………………………………… 3 
1.3  海上風電樁基礎動力響應的試驗研究 ………………………………… 4 
1.4  海上風電基礎的承載性能研究 ………………………………………… 6 
參考文獻 ……………………………………………………………………… 7 
第 2 章  強度弱化條件下樁土相互作用的力學模型 ……………………… 10 
2.1  飽和砂土的循環(huán)扭剪動強度試驗 …………………………………… 10 
2.1.1  試驗設備介紹 ……………………………………………………… 10 
2.1.2  循環(huán)扭剪強度試驗內容 …………………………………………… 12 
2.1.3  試驗結果及分析 …………………………………………………… 15 
2.1.4  小結 ………………………………………………………………… 18 
2.2  飽和砂土弱化參數(shù)的確定方法 ……………………………………… 19 
2.2.1  飽和砂土的強度參數(shù)計算分析 …………………………………… 19 
2.2.2  飽和砂土的弱化參數(shù)計算分析 …………………………………… 22 
2.2.3  飽和砂土弱化參數(shù)的理論公式 …………………………………… 26 
2.2.4  小結 ………………………………………………………………… 29 
2.3  強度弱化條件下的樁土相互作用 …………………………………… 30 
2.3.1  砂土地基中的 p-y 曲線計算模型 ………………………………… 30 
2.3.2  強度弱化條件下的 p-y 曲線計算模型 …………………………… 34 
2.3.3  算例驗證與分析 …………………………………………………… 38 
2.3.4  小結 ………………………………………………………………… 42 
2.4  循環(huán)荷載作用下的樁土相互作用 …………………………………… 43 
2.4.1  極限土抗力的理論計算 …………………………………………… 44 
2.4.2  樁土相對位移的計算 ……………………………………………… 49
2.4.3  動力 p-y 曲線計算模型 …………………………………………… 51 
2.4.4  小結 ………………………………………………………………… 53 
參考文獻 …………………………………………………………………… 53 
第 3 章  海上風機大直徑樁基礎 p-y 曲線計算模型 ……………………… 56 
3.1  考慮尺寸效應的大直徑樁基礎 p-y 曲線修正 ……………………… 57 
3.1.1  現(xiàn)有 p-y 曲線模型 ………………………………………………… 57 
3.1.2  數(shù)值模型的建立與驗證 …………………………………………… 59 
3.1.3  極限土抗力的修正 ………………………………………………… 63 
3.1.4  初始地基反力模量的修正 ………………………………………… 67 
3.1.5  修正 p-y 曲線模型驗證 …………………………………………… 71 
3.1.6  小結 ………………………………………………………………… 73 
3.2  循環(huán)荷載作用下大直徑樁周土的剛度衰減模型 …………………… 74 
3.2.1  有限元軟件用戶子程序 …………………………………………… 75 
3.2.2  砂土剛度衰減模型研究 …………………………………………… 78 
3.2.3  剛度衰減模型在軟件中的實現(xiàn) …………………………………… 80 
3.2.4  小結 ………………………………………………………………… 82 
3.3  循環(huán)荷載作用下砂土剛度衰減的大直徑樁 p-y 曲線修正 ………… 82 
3.3.1  波流荷載計算 ……………………………………………………… 83 
3.3.2  土體剛度衰減計算結果 …………………………………………… 90 
3.3.3  長期循環(huán)荷載作用下極限土抗力的修正 ………………………… 90 
3.3.4  長期循環(huán)荷載作用下初始地基反力模量的修正 ………………… 98 
3.3.5  小結 ……………………………………………………………… 101 
參考文獻 …………………………………………………………………… 102 
第 4 章  復雜海洋荷載作用下海上風電樁基礎動力模型試驗 ………… 104 
4.1  風浪流荷載計算理論及模擬方法 …………………………………… 104 
4.1.1  風荷載的計算與模擬 …………………………………………… 105 
4.1.2  波浪和海流荷載的計算與模擬 ……………………………………109 
4.1.3  風浪流荷載簡化計算方法 ……………………………………… 110 
4.1.4  小結 ……………………………………………………………… 112 
4.2  復雜海洋荷載作用下單樁動力模型試驗 …………………………… 112 
4.2.1  地基土的制備與參數(shù) …………………………………………… 112
4.2.2  模型結構與參數(shù) ………………………………………………… 113 
4.2.3  動力加載試驗裝置 ……………………………………………… 114 
4.2.4  試驗工況設計 ………………………………………………………116 
4.2.5  小結 ……………………………………………………………… 117 
4.3  海上風電基礎動力模型試驗結果分析 ……………………………… 118 
4.3.1  靜力試驗結果分析 ……………………………………………… 118 
4.3.2  極端風浪流荷載短期作用試驗結果分析 ……………………… 121 
4.3.3  正常風浪流荷載長期作用試驗結果分析 ……………………… 128 
4.3.4  小結 ……………………………………………………………… 134 
參考文獻 …………………………………………………………………… 135 
第 5 章  復雜海洋環(huán)境下海上風電基礎的承載性能 …………………… 137 
5.1  海洋環(huán)境荷載計算 …………………………………………………… 137 
5.2  海上風電基礎與海床動力相互作用數(shù)值模型 ……………………… 138 
5.2.1  工程概況 ………………………………………………………… 138 
5.2.2  計算模型控制方程 ……………………………………………… 138 
5.2.3  計算模型邊界條件 ……………………………………………… 139 
5.2.4  模型參數(shù)及驗證 ………………………………………………… 140 
5.2.5  風浪流荷載組合 ………………………………………………… 142 
5.2.6  數(shù)值計算結果分析 ……………………………………………… 143 
5.2.7  小結 ……………………………………………………………… 150 
5.3  海上風電基礎的承載性能分析 ……………………………………… 151 
5.3.1  樁基極限承載力的確定 ………………………………………… 151 
5.3.2  模型加載方式 …………………………………………………… 151 
5.3.3  有限元模型建立及驗證 ………………………………………… 151 
5.3.4  單一荷載作用下海上風電基礎的承載性能 …………………… 155 
5.3.5  不同荷載空間下海上風電基礎的承載性能 ………………………159 
5.3.6  小結 ……………………………………………………………… 167 
參考文獻 …………………………………………………………………… 168