辐射沙洲海域海上风电高桩承台基础水平承载力数值模拟研究

江苏省海上风电工程主要位于岸外辐射沙洲海域,对此区域海上升压站高桩承台承水平承载性能研究具有重要意义。基于海上单桩水平静载试验结果,建立高桩承台基础有限元数值模型,开展承台水平承载性能数值模拟研究。结果表明：(1)承台水平荷载-位移(Q-s)关系曲线上有3个拐点：当承台水平位移为0.02 m,泥面处桩周土体发生屈服;当承台水平位移为0.40 m,钢管桩顶与承台相交处由于应力集中而发生整体屈服;当承台水平位移为0.80 m,钢管桩在泥面靠下的位置发生整体屈服。(2)承台水平位移为1.0 m时,Z1、Z5、Z8 3种类型桩的挠度曲线相似,桩身挠度分别在泥面12、5、8 m处趋近于零。(3)承台水平位移为1.0 m时,桩身的塑性区主要集中在两个部位,一个部位是桩顶与承台相连接的区域,桩身向上距离泥面13～17 m处,另一个部位是桩身向下距离泥面1～8 m处。研究成果可为未来江苏岸外辐射沙洲海域高桩平台设计及稳定性分析提供技术支持。     

升压站高桩承台基础竖向承载力数值模拟研究

江苏省风电工程主要位于岸外辐射沙洲海域,对此区域地层中海上升压站高桩承台承载性能进行研究具有重要意义.基于海上现场钢管桩静载试验结果,建立高桩承台基础ABAQUS数值模型,开展高桩承台基础承载性能数值模拟研究.结果 表明:(1)数值模拟计算所得的高桩承台桩顶荷载-沉降(Q-s)曲线具有明显的拐点,其极限承载力约为230437 kN.(2)3种不同桩型的钢管桩侧摩阻力随着埋深的变化趋势基本相似,桩身侧摩阻力随着埋深的增大迅速增大,然后趋于稳定,最后迅速减小.(3)对比Z1和Z5桩发现,桩径越大,侧摩阻力越大;对比Z5和Z6桩发现直桩的侧摩阻力是斜桩的1.6倍.     

锁扣钢管桩在基坑围护结构中的变形特性

锁扣钢管桩具有施工效率高、可回收重复利用等优点,逐渐被用于基坑围护结构中。为探明锁扣钢管桩在基坑支护中的受力和变形特点,开展锁扣钢管桩围护基坑开挖相似模型试验和数值模拟。通过对基坑地表沉降以及桩身位移进行监测,发现基坑地表沉降曲线随着开挖深度的变化,呈略微凸起的三角形曲线形式,随着基坑开挖深度的增加,沉降量逐渐增大,地表沉降曲线变为下凹的“勺形”变化。随着开挖深度进一步的增加,围护桩水平位移逐渐增大,上部变形在架设支撑后受到限制,后续开挖引起的桩体最大水平位移点随之下移,围护桩变形逐渐变为弓形。锁扣钢管桩在基坑围护中可以起到很好的限制土体水平位移的作用,为锁扣钢管桩在未来基坑支护中的应用起到了一定的参考作用。     

通过改造钻井船桩靴应对复杂地层插桩分析

<正>通常海上自升式钻井平台在大部分海域进行升船作业时可行的,然而有些勘探区块,受限于复杂的地质条件,桩靴插桩深度往往比较深,加上海水水深的影响,往往超过了钻井平台桩腿的总长度。即使在总长度范围内,由于桩靴入泥深度过深,给拔桩带来很大的困难。实际工程中碰到这种情况。以海洋石油某400英尺工作水深的自升式钻井平台为在南海某井位插桩为例,提出一种针对这种复杂地层一个解决方案,     

溜桩对海上风电钢管桩单桩水平承载特性的影响研究

海上风电大型钢管桩重量大,在成桩过程中遇到软弱土层会出现溜桩现象,因此开展溜桩对钢管桩承载特性的研究具有重要意义。首先,采用理论分析确定溜桩区间,其次基于ABAQUS建立考虑溜桩效应的桩土数值模型,分析溜桩对钢管桩承载特性的影响规律。研究结果显示：(1)钢管桩在土层深度24～43 m发生溜桩,溜桩区间长度为19 m;(2)溜桩效应使钢管桩的水平极限承载力比无溜桩时降低13.46%;(3)溜桩效应使钢管桩受到水平荷载后产生更大的挠度,桩顶位移比无溜桩时增大12.4%。     

舟山某海域海上自升式平台桩基稳定性研究

地基承载力和地基沉降分析对自升式海洋平台安全作业极为重要.以舟山某海域自升式海洋平台为研究对象,分别采用理论分析和数值模拟的方法对不同入泥深度的桩靴地基承载力和沉降进行计算分析,并开展桩靴几何尺寸对地基承载力影响的敏感度分析.研究结果表明:(1)采用《海洋井场调查规范》理论分析和FLAC3D数值模拟所得到的桩靴安全插桩深度分别为15 m和14 m,结果接近.(2)采用《建筑地基基础设计规范》和FLAC3D数值模拟得到的地基沉降量分别为335.61 mm和260.55mm,相差约28.8％.(3)方形桩靴的长度对地基承载力的影响最大,桩靴长度增加11％,相应的地基承载力增加27％,桩靴高度和桩腿直径对地基承载力影响可以忽略不计.     

基于假想固结点法的桩身计算长度研究

为了更精确计算墩柱的计算长度,视桩身为不受土层影响的纯弯构件,通过控制桩身在地面(最低冲刷线)处的水平位移和转角与m法计算结果相等,推导出桩身计算长度,即假想固结点至桩顶的距离。算例结果表明:通过改进后的假想固结点公式计算出的非嵌岩桩桩顶水平位移和转角的结果与实际变形更吻合。     

剪切位移传递法预估竖向荷载作用下单桩的P～S曲线

本文提出的剪切位移传递法将桩侧摩阻力和桩端阻力分开考虑,再通过位移协调将二者联系起来.计算时将桩分成若干微小单元,根据桩的沉降由桩尖位移和桩身压缩量两部分组成,列出n元非线性平衡方程,解此n元非线性方程组并用迭代法可求得在一假定桩尖位移下桩顶的竖向作用力,从而预估单桩在竖向荷载作用下的荷载--沉降曲线.     

p-y法中桩身单元设置对计算海上风电单桩基础水平位移的影响

p-y曲线法较好地反映了桩土相互作用的变形特性,是应用最广泛的水平受荷桩非线性分析方法。然而对于p-y曲线法中桩身单元数量和间距的最优设置,一般根据经验定性给出,缺乏足够的定量研究。鉴于此,本文通过有限差分法推导了p-y曲线法的非线性解答过程,并将解答方法编制成MATLAB程序;然后针对砂性土地基,在不同相对密实度、桩径和深径比的条件下,分析桩身单元数量和间距对桩身水平位移的影响。根据研究结果得出桩身单元数量和间距最优设置的拟合公式,为海上风电单桩基础设计提供技术支撑。     

开挖卸荷对坑内既有受荷工程桩承载特性的影响分析

开挖对坑内既有受荷工程桩的影响正逐渐受到重视。基于室内模型试验,分析了在土体不同开挖深度工况下,桩顶荷载、坑内工程桩与挡土墙的距离因素对坑内既有受荷工程桩内力和变形特性的影响。试验结果表明,随着土体开挖引起坑内受荷桩的有效桩长减小和开挖深度的增加,桩身最大弯矩点下移,距离越小土体侧向位移作用越明显,挖深越大作用越明显。而既有轴向荷载会增加最大弯矩值,但对位置影响有限;当坑内既有受荷桩有效桩长减少到开挖前有效桩长的约一半时,土体新增挖深会显著增加桩身侧向位移,最大侧向位移点下移,随着桩与支护排桩距离减小,桩身弯曲效应相应增加,而既有轴向荷载也会增加弯曲效应,但对最大位移点的位置影响有限。     

微型桩顶刚性板连接治理堆积层滑坡模型试验研究

为了探究微型桩在刚性板连接下加固堆积层滑坡效果,本文基于室内物理模拟试验,研究微型桩受刚性板连接后及在桩顶不同荷载作用下桩身的受力特征。研究表明：微型桩通过刚性板连接后相较于独立微型桩群,滑坡体同一监测点处水平位移明显减小,在此基础上增加桩顶荷载则位移进一步减小;在刚性板作用下,第1至第3排桩身土压力依次减小,桩身抗力比为1∶0.77∶0.71;桩身弯矩呈现“S”型分布,反弯点存在于滑面附近;相较于独立微型桩,刚性板连接微型桩后及桩顶荷载作用下桩身弯矩最大值变化明显降低。     

人工挖孔扩底桩现场试验研究

本文在3根人工挖孔扩底桩静荷载试验的基础上研究了不同扩底直径桩的承载力性状,分析了人工挖孔扩底桩承载力的发挥情况,通过分析表明增加人工挖孔扩底桩的扩底直径有利于提高桩的承载力。但扩底直径越大,桩在相同的归一化应力下的位移越大,扩底直径增大造成了单位端阻力的降低。另外,由于人工挖孔扩底桩桩端清理干净,其发挥桩端承载力所需的位移较小。     

湿陷性黄土中挤扩支盘桩受力性状研究

湿陷性黄土具有遇水发生湿陷、承载力大幅度降低的性质，这种性质直接影响到基础的承载力。本文对湿陷性黄土中的三根支盘桩进行预浸水静载荷试验。结果表明，支盘桩荷载-沉降曲线为缓变型，具有良好的承载性能，荷载传递规律与在非湿陷性黄土地基中具有相似的性质，桩身各段承载力的发挥具有明显的顺序性，本文结果为湿陷性黄土地基中支盘桩的应用提供了比较可靠的依据。     

基于Fluent的海上风电大直径单桩腐蚀气体排放数值模拟

我国海上风机基础主要为大直径钢管桩,海洋地层中微生物腐烂导致钢管桩内出现腐蚀性有害气体,影响塔筒内电子元器件的使用寿命及工程人员的安全作业。本文以大连某海上风电大直径单桩基础为研究对象,提出一种桩身开孔的方法排除桩内腐蚀气体,并采用Fluent分析软件对开孔单桩进行流场数值模拟研究,得到如下结论：(1)钢管桩内气体在入口和出口位置均处在顺时针涡流场,气体可以从入口处向上流动并沿桩顶向出口流出,表明开孔措施可有效排除桩内上部区域气体;(2)距桩底50 m以下范围筒内气体流速缓慢,表明开孔措施可有效地防止底部气体进入上部塔筒;(3)桩身开孔位置与海平面的距离越近,开孔直径越大,出口处水平流速越大,排气效果越好。研究成果可为排除海上风电钢管桩内腐蚀性气体提供技术支持。     

成层非饱和土中桩的纵向振动特性分析

基于Bishop有效应力公式,单相流固结理论,以及阻抗函数递推方法研究了三维轴对称条件下成层简化的非饱和土中变截面桩的纵向振动特性。在频域中,求得了桩顶位移和速度的响应函数。利用傅里叶逆变换,得到了瞬态半正弦脉冲荷载作用下桩顶时域响应的半解析解。通过数值计算,分析了土层模量变化、土层饱和度变化以及桩身截面变化对桩顶频域和时域响应曲线的影响。结果表明,土层模量变化对桩顶频域和时域响应有一定的影响,土层饱和度变化基本没有影响,桩身截面变化影响较大。     

土质地基系数m与桩径D关系的数值试验研究

为探究土质地基系数与桩径的关系,以贵州某水平受荷嵌岩桩为工程背景,在保持水平荷载、土质条件、土体弹性模量等因素一致的前提下,基于ANSYS软件平台和"m"法来进行水平受荷嵌岩桩模拟试验。通过对试验结果分析得到以下结论:桩顶水平位移与桩径正相关;存在临界桩径,在该桩径以内参数m与桩径负相关,在该桩径以外参数m随桩径变化出现波动现象;参数m对桩径的变化反应极为敏感。     

多支挤扩钻孔灌注桩承载机理分析

多支挤扩灌注桩也叫DX桩,通过有限元数值模拟,从研究DX桩单桩承受竖向荷载时的轴力以及侧摩阻力沿桩身的分布入手,分析桩顶荷载在各扩径体上的分配以及各扩径体分担荷载的发展过程,并比较了不同桩型轴力特点,揭示了DX桩单桩承载机理,为合理设计该类桩提供了依据。     

M法在浮式结构靠船桩簇计算分析中的应用

浮码头中靠船桩是承受外加水平荷载的主要受力体,计算确定桩身变形是靠船桩设计中的重点.本文结合规范及工程实例,通过m法计算柔性靠船桩的内力及变形的基本思路,可作为柔性靠船桩设计分析的一个参考.     

软土地区超深基坑群深开挖围护结构特性研究

随着地下空间开发的不断深入,软土地区超深基坑群的共建案例不断增多,对超深基坑群承载能力及变形特性相互影响进行研究具有重要现实意义。结合杭州火车东站进行有限元模拟分析研究发现:对于超深地铁车站围护结构,随着基坑开挖深度的增大,围护墙桩身侧向位移及弯矩呈不断增大的趋势,地下四层逆作板的施工显著限制了侧向位移及墙身弯矩的发展。A、B区地连墙在33.0 m深度处侧向位移值达到最大值,在50.0 m深度处墙身弯矩达到最大值,最大弯矩达8871 kN*m。由于受到土体加固、土体宽度、邻近土体卸荷等多种因素影响,A、B区块外侧及A、B区块之间的土压力较为接近。A区块基坑开挖引起的H区块围护桩最大侧向位移值及最大沉降值分别为86.9 mm和25.9 mm,A区基坑开挖引起围护桩桩身弯矩值为H区块开挖时围护桩最大弯矩值的1.17倍。     

水平受荷嵌岩群桩内力和变形与土体含水率关系的研究

为探究土体含水率对水平受荷嵌岩群桩内力和变形的影响情况,本文以贵阳五里冲一边坡支护中挡土墙下的群桩基础为工程背景,采用"m"法来对桩基进行求解。结果表明:基桩顶部、中下部处的弯矩明显受土体含水率影响,处在基岩中桩段弯矩几乎不受土体含水率影响,桩身弯矩峰值出现在桩中部并且其上部、下部的弯矩分别与土体含水率正、负相关;基桩剪力峰值出现在桩身中下部处并且其位置随土体含水率增加而下移,基桩上、下部的剪力分别与土体含水率正、负相关;桩身水平位移与土体含水率正相关。