单调荷载作用下砂土地基中圆形基础承载力特性研究

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随着人类社会的不断进步,经济的快速发展,面对能源危机和环境保护的双重压力,陆上风电已经受到国内外的广泛关注。圆形基础作为陆上风电的一种基础形式,在极端环境下承受较大的水平风荷载,因此对圆形基础的稳定性提出了较高的要求。特别是在西部山区,风能资源丰富,临坡地基上土体的变形将直接影响到风电基础的稳定性。本文通过模型试验和数值模拟相结合的方法研究了基础在平面地基和临坡地基上的承载力特性,对比分析了基础在两种不同地基模型上转动点和地基土体的变化规律,主要得到如下结论:
  (1)通过室内模型试验研究了不同加载速率、不同加载高度、不同基础埋深、不同竖向荷载等影响因素对基础水平承载力的影响。结果表明:在三种加载速率(0.25mm/s,0.5mm/s,2mm/s)中,v=2mm/s时,基础的水平承载力最大。基础水平承载力随加载高度的增大而降低,随埋深的增大而增大。基础在埋深方向的转动点变化规律随荷载的增大而上升,当加载高度e/D=1.25时,埋深方向的转动点由地面以下-68cm上升为-5cm,加载高度e/D=1时,转动点由地面以下-24cm上升为-14cm。通过在基础顶面施加配重的方式,拟合出基础在不同竖向荷载作用下的H-M破坏包络线,得出基础所受的竖向荷载越大,基础倾覆破坏时所需要的弯矩越大。基础在失稳过程中的荷载转角变化规律随加载高度的增大而增大,随竖向荷载的增大而减小。
  (2)通过数值模拟研究了基础在平面地基上的承载力特性,分析了基础在平面地基上的转动点变化规律和基础前侧土体的竖向隆起变形规律。结果表明:基础在满足构造要求和计算要求的条件下,基础高径比越小,水平承载力越大。基础在失稳过程中水平方向转动点的变化规律在加载初期位于基础后侧,随着荷载的增大,转动点向基础前侧移动。基础前侧土体的隆起变形规律随着离基础距离的增大而减小。
  (3)建立临坡地基模型,对比分析了基础在平面地基和临坡地基上所表现出来的差异,并对基础在临坡地基上的安全距离进行了探讨。研究了不同基础尺寸,不同临坡距,不同边坡角等因素对坡面变形的影响及坡面和坡顶的最大隆起位移,同时研究了临坡距与边坡角对基础水平方向和埋深方向转动点的影响和基础顶板中心在竖直方向的变化规律。得出边坡角越大,基础在失稳过程中对坡面变形的影响也越大。基础顶板中心在竖向位移随荷载的增大表现为先沉陷后上升的趋势。
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