层状地基中离岸风电裙式吸力基础水平承载力研究
吸力基础通常是底部敞开，顶部封闭的钢制圆筒结构，它通过自重及在筒内壁与海床之间施加负压作用沉入海床，能承受巨大的水平荷载和弯矩作用。由于费用经济、方便施工、可重复利用等优点，被广泛应用于各种系泊在海上浮动式结构物、海洋平台的基础，目前也在海洋离岸风力发电工程得到了成功应用。本文结合离岸风电工程的受力特点创造性提出一种新型吸力基础形式——“裙式”吸力基础，这种新型吸力基础能显著提高抵抗海床冲蚀和承载的能力。本文通过对吸力基础可沉贯性的解析计算和水平承载力的数值模拟，得到以下结论： 在饱和砂土地基上，裙式吸力基础易于沉贯到海床的预定深度。说明裙式吸力基础具有更好的沉贯性能，因此提出的裙式吸力基础是可行的。 采用数值模拟方法，研究了几个因素对裙式吸力基础水平承载力的影响： 1）长径比的影响。变动裙式吸力基础的长径比，得出：随着长径比的增大，水平极限承载力是近似线性增加的。 2）研究了裙的尺寸比对裙式吸力基础水平承载力的影响。在尺寸比l：h分别取0.5：0.5、0.5：1、1：0.5、1：1四种情况下研究发现：保持主锚尺寸和裙直径或裙高度一定时，基础的水平承载力随着尺寸比的增大而不断增大；尺寸比相同时裙式吸力基础的水平承载力却不相同。 3）分析了裙结构对基础水平承载力的影响。吸力基础在设置了0.5m×0.5m的裙后水平承载力明显提高，增加了约20％。 4）研究了土性不同对水平承载力的影响。针对所选的层状地基，变化砂土和粉土的厚度比来分析水平承载力的变化。可以看出：随着砂土与粉土的厚度比的增大，水平承载力逐渐变小。其数值变化比较小，大体在10%以内。 5）流固耦合作用时，由于孔隙水压力的作用，裙式吸力基础的竖向有效应力发生变化；水平位移比无渗流模式下的要大一些；在耦合过程中吸力基础内部靠近筒基主动侧渗流矢量向上，经过一个梯度变化，在靠近基础的被动侧孔隙水的渗流矢量是向下的，并且越靠近被动侧筒壁渗流矢量越大。 本文通过饱和砂土地基中裙式吸力基础的可沉贯验算证实了该新型吸力基础具有较好的沉贯性能，利用数值计算方法得出层状地基中裙式吸力基础的水平承载力提高明显。说明所提出的裙式吸力基础具有工程实用性。目前我国正在大力发展离岸风电工程，裙式吸力基础的研究将具有重要的理论和实际应用价值。
层状地基;平承载力;裙式吸力基础;离岸风力发电工程
山东科技大学
硕士
岩土工程
李大勇
2009
中文
TU470;TM614
74
2013-05-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）