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吸力式基础作为一种新兴的海洋锚泊基础,具有重复利用、施工快、竖向承载力大等优点,能在不同地基以及不同海洋环境下使用,应用在海上风力发电、工程船舶、水下生产系统和浮式生产系统等方面,其优越性备受工程界的青睐。但吸力式基础在复杂多变的海洋环境以及海床地质条件贯入过程中会发生倾斜,严重影响自身的承载功能。
本文采用室内试验、离心模型试验与离散元数值分析相结合的方法对吸力式基础承载性能进行了研究。应用自行研制的锚泊承载性能试验装置,开展了一系列承载性能模型试验,并在试验结果基础上,应用PFC(Particle FlowCode)离散元分析软件对吸力式基础承载性能进行了数值模拟,并结合已有专利技术,分析了吸力式基础在发生倾斜后的纠偏措施效果。论文主要成果如下:
1)自行研制了锚泊承载试验装置,能再现锚泊载荷作用下承载、破坏全过程,分析其锚泊承载机制。
2)应用自行研制的锚泊承载试验装置,通过室内模型机理试验,再现了吸力式基础的锚泊性能与承载细观机制。吸力式基础抗拔承载性能与其沉贯深度、倾斜度、及冲刷坑深度息息相关,其极限承载力随着沉贯深度的增加而增大,而随着倾斜度和冲刷坑深度的增大而减小。
3)通过土工离心模型试验研究了吸力式基础的竖向抗拔承载性能,进行了3组离心模型试验。试验采用竖向连续加载方式,测试了吸力式基础在不同倾斜状态下的极限承载力,结果表明倾斜程度增加使得吸力式基础承载力减小,并在精度上比室内模型试验更加接近工程实际。
4)结合试验成果,基于颗粒流数值模拟,从位移场、接触力链等细观力学角度研究了锚泊抗拔承载力与破坏演化机制,承载力变化规律与试验结果吻合良好,荷载拉拔角度减小时基础承载力随之减小。
5)结合已有专利技术,基于颗粒流数值模拟,研究吸力式基础在不同条件下的纠偏效果。倾斜桶基的纠偏效果与其初始倾斜度、激振频率、贯入荷载(或贯入深度)息息相关。桶基的初始倾斜度越大,则纠偏时间越长,超过一定倾斜度后导致难以纠偏。在一定频率范围内,相同激振力作用下,激振频率越大,所需纠偏时间越短。存在一个最优沉贯力,使得纠偏效果最好。
本文采用室内试验、离心模型试验与离散元数值分析相结合的方法对吸力式基础承载性能进行了研究。应用自行研制的锚泊承载性能试验装置,开展了一系列承载性能模型试验,并在试验结果基础上,应用PFC(Particle FlowCode)离散元分析软件对吸力式基础承载性能进行了数值模拟,并结合已有专利技术,分析了吸力式基础在发生倾斜后的纠偏措施效果。论文主要成果如下:
1)自行研制了锚泊承载试验装置,能再现锚泊载荷作用下承载、破坏全过程,分析其锚泊承载机制。
2)应用自行研制的锚泊承载试验装置,通过室内模型机理试验,再现了吸力式基础的锚泊性能与承载细观机制。吸力式基础抗拔承载性能与其沉贯深度、倾斜度、及冲刷坑深度息息相关,其极限承载力随着沉贯深度的增加而增大,而随着倾斜度和冲刷坑深度的增大而减小。
3)通过土工离心模型试验研究了吸力式基础的竖向抗拔承载性能,进行了3组离心模型试验。试验采用竖向连续加载方式,测试了吸力式基础在不同倾斜状态下的极限承载力,结果表明倾斜程度增加使得吸力式基础承载力减小,并在精度上比室内模型试验更加接近工程实际。
4)结合试验成果,基于颗粒流数值模拟,从位移场、接触力链等细观力学角度研究了锚泊抗拔承载力与破坏演化机制,承载力变化规律与试验结果吻合良好,荷载拉拔角度减小时基础承载力随之减小。
5)结合已有专利技术,基于颗粒流数值模拟,研究吸力式基础在不同条件下的纠偏效果。倾斜桶基的纠偏效果与其初始倾斜度、激振频率、贯入荷载(或贯入深度)息息相关。桶基的初始倾斜度越大,则纠偏时间越长,超过一定倾斜度后导致难以纠偏。在一定频率范围内,相同激振力作用下,激振频率越大,所需纠偏时间越短。存在一个最优沉贯力,使得纠偏效果最好。