筒型基礎靜壓沉放阻力與負壓沉放滲流場分析.pdf

1、筒型基礎能否順利安裝就位,是其實現(xiàn)工程應用的前提。筒型基礎沉放分為自重(靜壓)沉放和負壓沉放兩個階段。本文結合模型試驗,通過有限元方法,對筒型基礎在砂土和粘土中的靜壓沉放擠土效應以及沉放阻力特性進行分析,同時針對負壓沉放階段土體的滲流場和臨界負壓進行了研究,主要內容如下:
　　(1)首先研究筒型基礎在砂土中靜壓沉放過程。針對貫入模擬中網格扭曲過大的問題,采用ALE方法,并考慮筒-土摩擦,實現(xiàn)了筒型基礎從土表面到預定深度連續(xù)沉放全過

2、程的動態(tài)數值模擬。數值分析結果同試驗實測符合良好,證明了該方法在模擬貫入問題的可靠性。分析數值模擬結果中筒壁內外側土體應力場、位移場以及最大主應力矢量,闡釋了筒壁內側擠土效應遠大于外側的擠土機理及筒壁貫入過程中的“土拱”效應。之后對剪脹角、內摩擦角以及筒-土接觸面摩擦系數進行參數敏感性分析,為該類貫入問題參數選擇提供參考。最后依據數值分析及試驗實測結果,考慮筒壁內外側擠土效應的差異,對傳統(tǒng)阻力計算公式進行改進,并利用改進后公式計算沉放總

3、阻力,討論筒型基礎在砂土中靜壓沉放的阻力特性。
　　(2)參照單筒模型試驗,建立有限元模型模擬了筒型基礎在粘土中連續(xù)沉放的動態(tài)過程。分析筒壁內外側土體的應力場和位移場,闡述筒型基礎在粘土中沉放的擠土效應。根據沉放過程中內外壁摩阻力、端阻力及總阻力隨沉放深度變化曲線,分析筒型基礎在粘土中的沉放阻力特性。最后對帶分艙板的海上風機復合式筒型基礎建立沉放模擬數值模型,分析其沉放過程中阻力特性。
　　(3)筒型基礎沉放過程是“土體—滲

4、流—結構”耦合作用的過程。運用有限元方法對單筒負壓沉放過程進行滲流/應力耦合的瞬態(tài)分析,建立不同滲透系數的多個滲流計算模型,定性分析了土體滲透性能對負壓減阻效應的影響。將砂土中瞬態(tài)分析結果同傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析對比,可知,穩(wěn)態(tài)分析算得的臨界負壓較大,偏于危險。之后對帶分艙板的復合型筒型基礎負壓沉放的滲流場進行了穩(wěn)態(tài)分析,得到分艙板對滲流場及臨界負壓的影響。最后針對調平工況,建立不同傾斜角度下單艙施加負壓和三艙施加負壓的滲流分析模型,定量分析兩種