近海風機導管架基礎水平受荷特性研究.pdf

1、開發(fā)利用近海風能是國家重要的能源戰(zhàn)略選擇。隨著風電場場址水深和風機裝機容量的增大，導管架基礎的應用越來越廣泛。在風、波浪等循環(huán)荷載作用下近海風機基礎的水平承載力和循環(huán)累積變形是基礎設計的關鍵問題，而樁土相互作用是分析和解決上述問題的核心。本文通過開展離心模型試驗、現(xiàn)場試驗和數(shù)值分析，以研究近海風電機組導管架基礎的水平受荷特性與樁土相互作用。
　　中國近海區(qū)域廣泛存在上軟（粘土）下硬（砂土）海床地基。通過開展雙層地基中大直徑單樁水平

2、受荷離心模型試驗與現(xiàn)場試驗，驗證了此典型地基中單樁受荷離心模型試驗的有效性，并對比研究了水平靜力與循環(huán)荷載下樁土相互作用機理，由此建議了大直徑水平受荷樁的雙曲正切函數(shù)型p-y曲線模型。最后提出了與循環(huán)次數(shù)和循環(huán)應力比相關的循環(huán)p-y曲線分析方法。
　　水平向風、浪、流、地震等作用是導管架基礎發(fā)生失效破壞的主要原因。針對飽和砂土地基和雙層地基（上軟下硬），通過開展四樁導管架基礎離心模型試驗，獲得了其在沿邊長方向和沿對角線方向水平靜力

3、作用下各基樁的內力分配規(guī)律、樁土相互作用規(guī)律和變形特性。導管架基礎沿對角線加載時基樁最易被拔出，各基樁的樁身水平位移相差不大。相同的水平荷載作用下，雙層地基中后排樁的豎向位移大于砂土地基，沿對角線加載時砂土地基中前后排樁的樁頂剪力比值和彎矩比值明顯要大于雙層地基。對于本文樁間距為5.8倍樁徑的導管架基礎，由于群樁效應和樁身承受上拔力使得后排樁的淺層樁周土反力小于前排樁，砂性土地基中沿邊長加載和沿對角線加載時后排樁淺層土p-y曲線分別約為

4、前排樁的60％和40％;對于軟粘土層，無論是沿邊長加載還是沿對角線加載，后排樁淺層土p-y曲線約為前排樁的75-85％，建議此時不考慮樁基軸力對p-y曲線的影響，而僅考慮群樁效應。
　　通過開展飽和砂土地基中導管架基礎水平循環(huán)受荷離心模型試驗，沿最不利的對角線方向加載，發(fā)現(xiàn)循環(huán)荷載使導管架基礎發(fā)生位移累積，后排樁產生向上的豎向位移后難以回到初始位置，從而使基礎發(fā)生傾斜。前排樁和后排樁的周圍土體發(fā)生循環(huán)弱化，前排樁周圍土體的弱化程度

5、明顯大于后排樁。此外，循環(huán)荷載使導管架基礎的內力分配規(guī)律發(fā)生改變。
　　數(shù)值分析是研究巖土工程問題的有效手段之一。本文采用SACS軟件計算分析了飽和砂土中導管架基礎的水平靜力與循環(huán)受荷特性，并與離心模型試驗結果進行對比。采用考慮群樁效應與軸力影響的雙曲線型p-y曲線的計算結果與離心模型試驗結果吻合較好，而API規(guī)范計算出的承載力比實測值大，即偏不安全;采用不考慮群樁效應與軸力影響的雙曲線型p-y曲線計算出的承載力比實測值小，即偏保