【摘 要】
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水平受荷桩在工程中非常普遍,如海上风电和港口码头等工程中的桩。现行的桩基础设计采用的是确定性分析方法,可靠度保障方面采用的也是统一的安全系数法,而地基土是自然界的产物,具有天然的空间变异性。因此,将土体作为一个随机场,考虑土体空间变异性对桩基础的影响是十分必要的。本文以土体不排水强度为随机变量,针对海上风机钢管桩基础建立三维模型,应用随机有限元法研究了土性空间变异性对水平受荷桩的影响。主要工作和成
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水平受荷桩在工程中非常普遍,如海上风电和港口码头等工程中的桩。现行的桩基础设计采用的是确定性分析方法,可靠度保障方面采用的也是统一的安全系数法,而地基土是自然界的产物,具有天然的空间变异性。因此,将土体作为一个随机场,考虑土体空间变异性对桩基础的影响是十分必要的。本文以土体不排水强度为随机变量,针对海上风机钢管桩基础建立三维模型,应用随机有限元法研究了土性空间变异性对水平受荷桩的影响。主要工作和成果如下:（1）针对三维随机场谱表示法生成的随机场单元无法与有限元单元直接对应的问题,提出了一种有效的随机场数据单元转换方法,完成了规则随机场单元向不规则有限元单元的对应过程,实现了随机场数据向有限元单元的导入。（2）以土体不排水强度为随机变量,考虑不同的相关距离,开展了水平荷载作用下单桩基础的三维模拟分析。结果发现:考虑土体空间变异性的单桩水平承载力均值皆小于确定性分析结果;随机场相关距离对承载力均值无明显影响,承载力标准差和变异系数随相关距离的增大而增大。此外,考虑土体空间变异的单桩水平承载力符合对数正态分布。（3）开展了非平稳随机场下水平受荷桩的三维模拟,并与平稳随机场的结果进行了对比分析。结果表明:随着土体随机场非平稳系数的增大,单桩水平承载力逐渐增大,变异系数逐渐减小;与平稳随机场下的单桩水平承载力相比,非平稳随机场下单桩水平承载力均值更大,变异系数要小。（4）开展了水平荷载作用下单桩基础的二维模拟,并与三维随机模拟结果进行了对比分析。结果表明:二维随机场下单桩水平承载力与三维随机场下计算的结果表现出一致的规律性,即均值不受相关距离的影响,随非平稳系数的增大而增大;承载力变异系数随相关距离的增大而增大,随非平稳系数的增大而减小。但三维随机场模拟的单桩承载力规格化均值大于二维模拟结果,变异系数小于二维计算结果,相关距离和非平稳系数的变化对三维单桩水平承载力的影响更小。
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