軟土地基桶型基礎循環(huán)承載力研究

研究軟土地基桶型基礎的循環(huán)破壞機理，通過振動三軸試驗與循環(huán)扭剪試驗，研究不同應力狀態(tài)之間在強度與變形意義上的等效關系，進而建立按照強度與變形、且考慮動靜耦合效應并按照三維問題評價軟土地基桶型基礎循環(huán)承載特性的新方法，進行軟土地基桶型基礎循環(huán)承載特性的模型試驗。研究成果可以為開發(fā)新型海洋工程桶型基礎的設計新理論與新方法提供基本依據(jù)，同時也可以為進一步發(fā)展評價軟土地基桶型基礎循環(huán)承載特性更加先進的方法提供可以比較的模型試驗依據(jù)。更重要的是，本課題也是對如何正確理解與應用循環(huán)荷載作用下土的基本特性、建立評價地基循環(huán)承載力理論進行的新探索，能夠促進海洋工程技術設計理論與方法的提高與創(chuàng)新。 2100433B

內(nèi)容簡介

《軟土地基與深基礎工程》結合研究生和高年級本科教學的需要，系統(tǒng)地介紹了軟土地區(qū)，特別是上海地區(qū)軟土工程性質(zhì)和地基基礎工程的基本原理、設計計算方法和施工技術等。全書共分7章，主要內(nèi)容包括軟土地基的工程性質(zhì)、軟土地基處理、軟土的動力特性與地基抗震、軟土中的基坑工程、軟土中的深基礎（樁基、沉井和地下連續(xù)墻）、軟土地基與基礎的共同作用、地下水與基礎工程等。

《軟土地基與深基礎工程》可作為土木工程專業(yè)研究生和高年級本科生教材，亦可供其他從事土木工程勘察、設計、施工和監(jiān)理的專業(yè)技術人員參考。

裙式吸力桶形基礎是一種新型的海洋工程基礎形式，具有施工方便、造價低和可重復利用等優(yōu)點,可作為系泊海上浮動式結構物、海洋油氣平臺的基礎，尤其適合近海海上風力發(fā)電塔架的基礎。裙式吸力桶形基礎在海床中的沉貫能力是整個基礎達到設計要求，滿足地基基礎設計承載力和變形控制在允許范圍內(nèi)的重要前提。針對我國典型海床地基如均質(zhì)飽和細砂、飽和軟土及細砂組成的層狀土層，以改進的沉貫模型試驗系統(tǒng)為主要研究手段，結合理論和數(shù)值模擬分析方法，研究裙式吸力桶形基礎壓貫和吸力沉貫過程中土壓力、孔隙水壓力、沉貫速率、土塞等各參量變化規(guī)律，揭示其沉貫機理；重點研究滲流及基礎尖端對沉貫阻力的影響；建立沉貫阻力、吸力理論計算公式和吸力控制標準；深入研究基礎在層狀地基中的沉貫機理，揭示軟土層的影響機制；確定易于沉貫的裙式吸力桶形基礎幾何比尺。研究成果將對我國海上風電工程的地基基礎理論和工程應用起到指導作用。

針對所提出的新型海上風電吸力基礎—裙式吸力基礎，采用模型試驗與數(shù)值模擬相結合的方法，研究其在砂土、黏性土以及分層土體中沉貫特性，分析沉貫過程中基礎內(nèi)部土塞高度變化規(guī)律，提出裙式吸力基礎沉貫所需吸力及抗拔承載力計算公式。首先開展裙式吸力基礎在砂土中沉貫模型試驗，研究表明裙式吸力基礎在砂土中有良好的沉貫性，主桶長徑比為1.0的傳統(tǒng)及裙式吸力基礎最終沉貫深度約為0.89及0.87倍基礎高度；采用僅抽取主桶內(nèi)水體沉貫時，裙式吸力基礎最終沉貫深度最大；沉貫過程中裙式吸力基礎周圍砂土顆粒沿主桶及裙結構外側壁向下移動，最終涌入基礎內(nèi)部形成土塞。采用有限元方法，分析了裙式吸力基礎沉貫過程中周圍土體滲流場分布?；诨凭€理論和極限平衡理論，提出了吸力基礎在砂土中沉貫所需最大吸力、最小吸力以及臨界吸力的解析公式。然后進行模型試驗和數(shù)值模擬，研究裙式吸力基礎在飽和海洋黏性土中沉貫特性，結果表明相同主桶長徑比下，裙式吸力基礎沉貫阻力較傳統(tǒng)吸力基礎提高44.7%，沉貫所需吸力較傳統(tǒng)吸力基礎高約20%；沉貫結束時，裙式吸力基礎主桶內(nèi)部土塞高度大于傳統(tǒng)吸力基礎?；陟o力平衡條件，提出了裙式吸力基礎在黏性土中沉貫所需吸力的表達式。最后，開展吸力基礎在分層土體中沉貫研究。研究發(fā)現(xiàn)分層土中裙式吸力基礎沉貫所需吸力大于單一土層情況（黏性土或砂土）；層狀土中主桶內(nèi)部土體等勢線分布密集且斜率較小外側等勢線分布稀疏且斜率較大沉貫中水頭損失主要集中在主桶內(nèi)部。當基礎穿越砂土進入粘性土層時砂土中等勢線分布變稀疏水頭損失變小。對于上層為黏性土下層為砂土情況，研究發(fā)現(xiàn)當基礎內(nèi)部吸力過大時，黏性土層將產(chǎn)生裂隙；當“裙”結構高度小于上層土厚度時，裙式吸力基礎沉貫特性與傳統(tǒng)吸力基礎一致。最后得到裙式吸力基礎在層狀土中沉貫沉貫所需吸力計算公式。本研究所得規(guī)律可為我國海上風力發(fā)電工程提供必要的科學依據(jù)，具有重要的工程應用價值。