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复合筒型基础是一种新型的海上风电基础形式,因其可实现陆上预制、海上一体化安装,有效降低了工程成本,逐步得到推广应用。筒型基础在位工作期间长期受到海流的冲刷作用,现场观测表明基础周边有冲刷坑存在,通常集中于筒型基础后侧,因此有必要研究冲刷对筒型基础地基稳定性的影响。本文通过数值分析、模型试验和极限分析方法研究了粉土地基中,不同冲刷率条件下复合筒型基础的水平向及抗倾覆极限承载力。主要研究内容及成果如下:
(1)研究了冲刷对复合筒型基础水平向和抗倾覆承载力的影响。模拟基础单侧土体被冲刷的工况,并引入土体冲刷率的概念,计算了不同冲刷率条件下复合筒型基础的水平向及抗倾覆极限承载力。发现随着土体冲刷率的增大,基础的水平向及抗倾覆极限承载力逐渐减小,且减小的趋势逐渐减缓。
(2)研究了冲刷对复合筒型基础H-M包络线的影响。发现随着土体冲刷率的增大,复合筒型基础的H-M包络线在第一象限、第二象限部分区域及第四象限内存在明显向内收缩的趋势。
(3)开展了室内小比尺模型试验。试验结果表明:在水平向荷载或倾覆力矩作用下,基础的荷载-位移曲线可以分为三个阶段,分别对应地基土体的弹性变形阶段、弹性-塑形过渡阶段及塑性变形阶段;基础受荷转动时,筒后土体与筒壁分离;基础的水平向和抗倾覆极限承载力随着土体冲刷率的增大而减小。
(4)基于不同冲刷率条件下复合筒型基础单向受荷时的地基破坏模式,建立了相应的地基破坏机动场,采用极限分析方法推导了复合筒型基础水平向及抗倾覆极限承载力的上限解,继而计算得到了承载力的折减率,建立了承载力折减率与土体冲刷率之间的关系,并与数值分析结果进行了对比验证。
(1)研究了冲刷对复合筒型基础水平向和抗倾覆承载力的影响。模拟基础单侧土体被冲刷的工况,并引入土体冲刷率的概念,计算了不同冲刷率条件下复合筒型基础的水平向及抗倾覆极限承载力。发现随着土体冲刷率的增大,基础的水平向及抗倾覆极限承载力逐渐减小,且减小的趋势逐渐减缓。
(2)研究了冲刷对复合筒型基础H-M包络线的影响。发现随着土体冲刷率的增大,复合筒型基础的H-M包络线在第一象限、第二象限部分区域及第四象限内存在明显向内收缩的趋势。
(3)开展了室内小比尺模型试验。试验结果表明:在水平向荷载或倾覆力矩作用下,基础的荷载-位移曲线可以分为三个阶段,分别对应地基土体的弹性变形阶段、弹性-塑形过渡阶段及塑性变形阶段;基础受荷转动时,筒后土体与筒壁分离;基础的水平向和抗倾覆极限承载力随着土体冲刷率的增大而减小。
(4)基于不同冲刷率条件下复合筒型基础单向受荷时的地基破坏模式,建立了相应的地基破坏机动场,采用极限分析方法推导了复合筒型基础水平向及抗倾覆极限承载力的上限解,继而计算得到了承载力的折减率,建立了承载力折减率与土体冲刷率之间的关系,并与数值分析结果进行了对比验证。