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裙式吸力基础作为传统吸力基础的改进,在传统吸力基础上添加“裙结构”。“裙结构”的存在使得吸力基础具有更高的水平承载力和竖向抗拔承载力,可以很好的控制基础周围土体变形,且“裙结构”的存在使得裙式吸力基础具有较好的沉贯性。当前,吸力基础被应用于海上风电和海洋油气平台的建设,吸力基础往往承受上部构筑物的斜向拉拔荷载。本文以室内模型试验为主,结合有限元方法,分析倾斜荷载作用下裙式吸力基础承载力、被动吸力及转动点位置的变化规律。主要研究内容如下:
(1)探究长径比、加载角度、加载速度对传统吸力基础承载特性(包括基础的破坏模式、基础极限承载力、主桶内吸力)的影响。研究表明:传统吸力基础的破坏形式表现为局部剪切破坏和底部张力破坏;与长径比为1的基础相比,长径比为2的吸力基础在三种荷载角度(30°、45°、60°)作用下基础的极限承载力分别增大3.8倍、3.93倍及4.2倍;长径比的改变影响基础内吸力的大小,进而会影响吸力基础承载力。
(2)研究倾斜荷载作用下裙式吸力基础的承载特性。探讨基础裙宽、裙高、加载角度、加载速度等因素对倾斜荷载作用下裙式吸力基础承载力的变化,分析主桶内吸力及裙结构内吸力的关系。研究发现:裙式吸力基础的破坏模式与传统吸力基础的破坏模式一致;倾斜荷载作用下裙式吸力基础承载力随着裙宽和裙高的增大而增大;加载速度增大,裙式吸力基础承载力增大,加载速度为2.5mm/s时,裙式吸力基础承载力较加载速度为0.25mm/s时增大26.7%~49.1%,加载速度为5mm/s时基础承载力增大67.9%~82.3%,加载速度为10mm/s时的基础承载力增大105.6%~132.7%;随着荷载作用角度的不断增大,虽然基础承载力减小,但吸力基础桶内吸力增大,吸力的存在主要影响基础的竖向抗拔承载力。
(3)分析裙式吸力基础转动点的变化规律。当加载点一定时,改变加载角度,传统吸力基础与裙式吸力基础转动点位置基本一致,裙式吸力基础加载点位于桶顶中心处的转动点略高于加载点位于桶顶裙边处的转动点。当加载点位于桶边0.5L处时,基础的转动点位于主桶正下方。当加载点位于桶边L处时,基础转动点位于基础顶部上方。
(1)探究长径比、加载角度、加载速度对传统吸力基础承载特性(包括基础的破坏模式、基础极限承载力、主桶内吸力)的影响。研究表明:传统吸力基础的破坏形式表现为局部剪切破坏和底部张力破坏;与长径比为1的基础相比,长径比为2的吸力基础在三种荷载角度(30°、45°、60°)作用下基础的极限承载力分别增大3.8倍、3.93倍及4.2倍;长径比的改变影响基础内吸力的大小,进而会影响吸力基础承载力。
(2)研究倾斜荷载作用下裙式吸力基础的承载特性。探讨基础裙宽、裙高、加载角度、加载速度等因素对倾斜荷载作用下裙式吸力基础承载力的变化,分析主桶内吸力及裙结构内吸力的关系。研究发现:裙式吸力基础的破坏模式与传统吸力基础的破坏模式一致;倾斜荷载作用下裙式吸力基础承载力随着裙宽和裙高的增大而增大;加载速度增大,裙式吸力基础承载力增大,加载速度为2.5mm/s时,裙式吸力基础承载力较加载速度为0.25mm/s时增大26.7%~49.1%,加载速度为5mm/s时基础承载力增大67.9%~82.3%,加载速度为10mm/s时的基础承载力增大105.6%~132.7%;随着荷载作用角度的不断增大,虽然基础承载力减小,但吸力基础桶内吸力增大,吸力的存在主要影响基础的竖向抗拔承载力。
(3)分析裙式吸力基础转动点的变化规律。当加载点一定时,改变加载角度,传统吸力基础与裙式吸力基础转动点位置基本一致,裙式吸力基础加载点位于桶顶中心处的转动点略高于加载点位于桶顶裙边处的转动点。当加载点位于桶边0.5L处时,基础的转动点位于主桶正下方。当加载点位于桶边L处时,基础转动点位于基础顶部上方。