饱和砂土中裙式吸力基础的沉贯特性及渗流场分布规律研究

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吸力基础作为一种新型的基础型式,具有抗倾覆承载能力大、安装简便、造价低等优点,被广泛应用于海洋工程中。裙式吸力基础是针对海上风机基础的复杂载荷问题提出的,具有较高的承载性能及控制土体变形破坏的能力。本文通过 ABAQUS有限元软件与室内模型试验相结合的方法,对饱和砂土中裙式吸力基础的沉贯特性进行了分析。研究内容及所得到的结论如下:  (1)建立了3种不同高径比下的传统吸力基础模型,对其基础沉贯进行数值模拟,结果发现:基础周围土体应力沿桶径方向对称分布,从基础中心沿径向向外呈减小趋势,主桶的贯入对整个桶内土体应力分布影响很大;主桶壁内侧孔压等值线分布较密集且相对平缓,主桶壁外侧孔压等值线分布较稀疏;主桶内外一定范围内的土体均发生不同程度的变形,且靠近桶壁周围土体变形量最大,随高径比的增加土体变形范围逐渐增大。  (2)选取高径比为1.5的主桶,通过改变裙宽和裙高尺寸,建立了8组裙式吸力基础模型,研究结果表明:裙式吸力基础贯入过程中土体的水平应力和竖向应力均逐渐增加,土体应力值和分布范围随裙高和裙宽的增加整体呈现增大的趋势;渗流场主要分布在主桶内部和裙结构内部,主桶壁外侧孔隙水压力随贯入深度的增加先急剧增大,后又骤降至趋于不变;基础周围土体的变形量均随裙高和裙宽的增加缓慢增大。  (3)对饱和砂土中裙式吸力基础的压力式贯入过程开展一系列室内模型试验,通过试验得出的裙式吸力基础贯入阻力-下沉深度关系曲线分析高径比和裙结构尺寸对基础沉贯性能的影响。试验结果发现:两种长径比下的传统吸力基础,随着下沉深度的增加,贯入阻力呈抛物线形式稳定增大,随高径比的增大呈缓慢增加趋势;相较于传统吸力基础,裙式吸力基础的贯入阻力明显增大,裙式吸力基础的贯入阻力随着裙高和裙宽的增加整体呈现缓慢增大的趋势。  本文对于饱和砂土中裙式吸力基础沉贯过程中,基础周围土体应力分布形式、渗流场分布规律及周围土体变形范围的研究是对课题组以往工作的进一步推进,证实了裙式吸力基础的工程实用性,为裙式吸力基础的设计、安装等实际应用提供了一定的理论依据。
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