上砂下黏地层中桩-筒复合基础V-H承载特性

海上风机基础不仅受自重等竖向力V作用,也因水流、波浪和风等影响而承受水平荷载H。为探讨上砂下黏地层中一种由单桩和吸力筒组成的新型海上风机桩-筒复合基础受V-H组合作用时的承载特性,自主设计完成了一系列室内桩-筒复合基础V-H组合加载模型试验,获得不同组合参数下桩-筒复合基础的荷载-位移曲线和桩身弯矩分布曲线,并绘制出V-H承载力包络线。在此基础上,采用ABAQUS建立了上砂下黏地层中桩-筒复合基础三维数值分析模型,经模型验证与参数分析,进一步讨论了砂土厚度、筒径、筒高以及加载高度等参数对桩-筒复合基础承载特性的影响曲线,并拟合出桩-筒复合基础承载力简化计算公式,分析结果表明:桩-筒复合基础能显著提高桩身水平承载力,增幅达30%~90%,且增加筒径比增加筒高更有利于提高基础水平承载力;上部砂土层较厚时,桩-筒复合基础存在一个使复合基础水平承载力达到最大的预加竖向荷载最佳值,其值随不同载荷工况在(0.4~0.7)Vult范围内变化。

砂土场地桩-筒复合基础地震响应离心振动台试验

地震作用容易引起砂土地基中的海上风机基础液化失效,单桩-筒型复合基础(简称桩-筒复合基础)结合了单桩基础和吸力筒基础的优势,是一种新颖的海上风机基础形式。针对砂土场地桩-筒复合基础地震响应,开展干砂及饱和砂的单桩和桩-筒复合基础的离心振动台试验,采用白噪声和具有不同频谱成分的地震波进行激振,得到两种基础形式在砂土场地中的自振频率、超孔压累积、风机加速度响应以及基础弯矩分布等。结果表明:饱和场地中筒基下的浅层土体,其超孔压累积会有所衰减,加速度幅值则被相应放大;饱和场地中单桩浅部弯矩响应较大,风机产生明显的残余位移,相比单桩,桩-筒复合基础加速度响应更大,但其在限制水平位移方面具有明显优势。研究结论对于桩-筒复合基础的抗震分析具有参考价值。

单侧可调式钢管砂桶支撑后浇带体系施工技术研究

后浇带施工往往是质量控制中的重要节点。设计一种易拆装、可重复使用、调节简单的钢管砂桶支撑体系,将后浇带的位置优化为距柱边缘小于1500 mm处,后浇带另一侧设置可调节的临时钢管砂桶支撑,以代替部分脚手架支撑,当梁板混凝土达到一定强度时,可先拆除多余的脚手架支撑和模板,仅保留可调节的临时钢管砂桶支撑,以解决大面积模板、木方、钢管等施工时间过长的问题,提高材料周转利用率,取得良好的经济效益和社会效益。结合实体项目,对单侧可调式钢管砂桶支撑后浇带体系施工技术原理、工艺流程、施工要点及质量控制措施进行研究,供类似项目参考借鉴。

砂土中筒型基础沉放过程渗流特性和沉贯阻力研究

筒型基础的沉放是一项关键施工过程,沉放时土体在施工负压下产生渗流场,而渗流对基础筒壁的侧摩阻力和端阻力产生影响,导致沉贯阻力难以预测。针对这一问题,首先应用试验和数值模拟的方法,对筒型基础沉贯过程中的渗流特性进行分析,揭示筒壁两侧及筒端土体超孔隙水压力的分布;然后将分析结果应用于沉贯阻力的推导中,并对推导的公式进行验证。研究表明:筒型基础沉贯过程中,筒壁两侧土体的超孔隙水压力沿筒壁深度几乎呈线性变化,在接近筒端时出现非线性变化;不同的沉贯深度下,渗流对沉贯阻力的影响不同,随着沉贯深度的增加,减小的阻力占总沉贯阻力的比值越来越大;通过推导的理论公式计算的试验模型和实际工程的沉贯负压理论计算值与实测值吻合较好。

用砂桶装置和米酒去除地下水硝酸盐的影响因素

利用简易砂桶装置,以米酒为碳源,考察了向装置内添加米酒条件下,装置内砂砾数量、水温、进水硝酸盐浓度对硝酸盐去除的影响。结果表明:在添加米酒(碳氮比0.8~1.1)的条件下,装置内砂砾数量对去除效果影响最大,砂桶砂砾数量增多,硝酸盐去除效果增强,且能有效抑制亚硝酸盐积累,建议砂砾总体积占装置水体积比以1/3为宜;水温对硝酸盐去除的影响较大,22~25℃较为适宜,硝酸盐去除速率分别是10~12℃和15~19℃时的2.43和1.82倍;进水硝酸盐浓度和溶解氧浓度的影响较小。其他因素如p H值、电导率和反应的中间产物,不是利用砂桶装置和米酒去除地下水硝酸盐的主要影响因素。

四筒导管架基础在砂土中的抗扭承载特性

针对砂土中的四筒导管架基础的抗扭承载特性问题,本文通过物理模型试验,验证了有限元模型的合理性。通过建立一系列不同筒裙高度和筒间距的基础模型,研究了筒裙高度和筒间距对基础抗扭承载特性的影响。结果表明:四筒导管架基础在纯扭矩荷载作用下的土体破坏和土压力分布多呈对角形态;随着筒裙高度的增加,四筒导管架基础达到抗扭承载力时筒壁深度方向的被动土压力明显增大,筒体底部沿筒周方向的筒体内外土压力呈现增大趋势;随着筒间距的增大,筒壁深度方向被动土压力较大的一侧有明显的增长趋势,但筒体底部沿筒周方向的筒体内部土压力无明显变化。四筒导管架基础的扭矩极限承载力随着筒裙高度和筒间距的增加呈近似线性增长,增长速率也近似相同。

液化土层中桶形基础承载力弱化的数值模拟

对动冰载作用下饱和砂土层液化过程中桶形基础承载力的弱化规律进行了数值模拟。建立液化土层的简化计算模型,采用FLAC3D软件分析了等效动冰载作用下土层不同位置的液化度及其主要影响因素;进而将具一定液化度土层的抗力作用等效为沿桶壁的不同刚度的非线性弹簧作用,在给定的位移破坏标准下确定不同液化度土层中桶形基础的承载力,分析液化土层中桶形基础承载力的弱化特征。在文中荷载条件和计算模型下,当土层顶面液化度为0.60、底面液化度为0.06时,土层中桶形基础的承载力降低12%。

砂土中宽浅式复合筒型基础三维包络面研究

采用有限元软件ABAQUS对砂土中海上风力发电新型宽浅式复合筒型基础的承载能力进行数值模拟分析,并将有限元结果与试验结果进行对比,验证有限元模型的准确性。水平与弯矩作用下,复合筒型基础产生转动位移,旋转中心随荷载的增大从模型中轴线附近沿加载方向移动至分舱板底部;竖向荷载作用下,可将筒内土体和筒型基础当作一个受力整体计算。在二维荷载平面中水平和弯矩荷载呈线性关系,先施加一定的竖向荷载对砂土中复合筒型基础抵抗水平力和弯矩有利,水平与弯矩的极限承载能力均能得到较大提高。结合二维破坏包络线进行大量计算后得出三维包络面,进一步明确复合筒型基础在三维荷载作用下的承载能力与承载特性。

饱和砂土地基中吸力式桶形基础水平承载力研究

吸力式桶形基础不仅承受着上部结构及自身所引起的竖向荷载,还受到波浪、海流、海风等引起的水平荷载作用,在高纬度海域冬季还可能受到海冰的长时间挤压作用。利用三维有限元模型,研究饱和排水砂土条件下吸力式桶形基础的水平极限承载力和失稳模式,分析缓慢施加水平荷载时吸力式桶形基础失稳破坏机制,探讨不同长径比的桶形基础承载性能,研究桶体内外壁土压力分布情况和转动轴位置,并根据极限平衡解法,推导出饱和砂土地基桶形基础水平极限承载力计算公式。研究结果可为砂土地基条件下的吸力式桶形基础的设计提供参考。

饱和砂土中桶形基础承载力的实验研究

桶形基础是近年开发的一种新型的可广泛应用于海洋工程结构的基础形式。由于多种优越性而受到各国石油部门的重视,并引起许多研究人员的关注。通过在饱和砂中的单桶和四桶基础模型实验,研究了桶形基础的静承载特性。分别进行了垂直方向和水平方向的加载实验,其中,四桶基础水平方向加载又分为沿四桶中心构成的正方形的平行边方向和对角线方向施加,得到了载荷位移曲线,对单桶和四桶基础承载力特性,以及加载方向和速率的影响进行了分析和比较。

复合筒型基础在粉土中的抗扭承载特性研究

复合筒型基础作为一种新型海上风电基础结构,在承受自重及风浪流产生的竖向荷载V,水平荷载H,弯矩荷载M以外,还会承受机头带来的扭矩荷载T。该文利用有限元软件Abaqus,分析了粉土地基中复合筒型基础的扭矩承载特性。结果显示,复合筒的分舱板可提高扭矩承载力,高径比越大,复合筒的扭矩承载力越大,同时结合抗扭承载失效模式提出一个简化的抗扭承载力公式,与数模吻合较好。此外还计算了复合筒在复合加载下的承载力特性,发现H和T存在耦合效应,V在一定程度上可提高H和T的承载力。

钙质砂地基中桶形基础垂直动载响应实验研究

首先进行了垂直静极限承载力实验,为确定垂直动载荷幅值的选择提供参考。然后重点针对载荷幅值和频率的影响进行了系列的室内小模型实验,并对结果进行了分析,获得了垂直动载下桶形基础在钙质砂地基中的响应特点。

砂土中宽浅式复合筒型基础刚度退化试验研究

针对有分舱宽浅式复合筒型基础和无分舱宽浅式复合筒型基础,对2种不同结构形式的基础首先在干砂和饱和砂中进行单向水平加载试验,然后对其进行双向循环加载试验,研究2种不同结构形式的基础的动态承载能力和刚度退化现象。结果表明,分舱板的作用增强了宽浅式复合筒型基础的动态承载能力,提高了复合筒型基础的耗能能力,可延缓筒型基础的刚度退化。

地震荷载作用下筒型基础对砂土抗液化性能的影响分析

为给近海风电筒型基础的抗震设计提供参考,通过数值模拟软件FLAC 3D,分析地震荷载作用下筒型基础对土体抗液化性能的影响。重点研究筒型基础内部及周围土体的孔隙水压力、竖向沉降和总应力的变化规律。结果表明:筒型基础顶面竖向荷载的施加以及筒壁侧向环箍效应有利于提高土体抗液化性能;土体沉降与地震作用时间及地震波波动峰值相关,地震作用后筒内顶部土体沉降量最大。

垂向动载荷下桶形基础响应实验研究

对垂向动载荷作用下吸力式桶形基础(简称桶基)响应进行离心机实验模拟。结果表明,在垂向动载荷作用下,当载荷幅值超过一定值时,桶基周围砂土软化甚至液化,发生明显的沉降。桶基周围土体的沉降随着载荷幅值的增加而增加。由于液化区的滤波和对动载的衰减作用,发生沉降的范围有限,离桶壁约一倍桶高距离。超孔隙水压从桶基边沿水平向逐渐衰减,从土面开始往下逐渐衰减到零。桶基周围砂土完全液化的厚度随载荷幅值的增加而增加,最大值约为桶高的40%。

土质对三筒吸力桩导管架基础水平承载特性的影响

针对三筒吸力式导管架基础在粉砂质土、淤泥质土中的承载特性进行一系列的数值研究。选取不同厚度的粉砂质土和淤泥质土组合,利用ABAQUS有限元软件对不同土质组合下基础单向的水平承载能力、破坏特性和吸力筒的临侧土压力进行分析。研究发现:三筒吸力式导管架基础在不同土质组合下的水平承载能力呈规律性的变化,且随粉砂质土厚度的增加而增大。结构承载力在吸力筒侧壁的粉砂质土厚度为3~6 m时表现出最大的增长能力,研究结果可为实际工程中三筒导管架基础设计提供建议和参考。

新疆阜康抽水蓄能电站下水库泄洪排沙洞消能工优化试验研究

针对新疆阜康抽水蓄能电站下水库泄洪排沙洞消能工进行了优化试验研究,通过多种方案的对比分析,最终推荐方案鼻坎体型简单,使水流导向河床中部,并且充分扩散,增大了落水面积,大幅度地减轻了下游河床冲刷。

冲击式水轮机含沙三相流与磨损特性数值研究

冲击式水轮机在高水头水力资源开发中具有重要的应用前景,但其过流部件的泥沙磨损问题会是重要挑战。冲击式机组内部流动过程复杂,流动状态的转换多;挟沙流动时,水气沙三相流动特性尚不明确,目前相关研究仍然较为匮乏。本文采用欧拉—拉格朗日方法对颗粒在冲击式水轮机内的全流动过程进行了数值模拟,详细地分析了三相流的水力特性、泥沙颗粒的流动特性以及磨损分布特点。计算结果显示,颗粒运动特性与理论模型较为吻合,预测的过流部件磨损分布与实测结果较为相似。

复合筒基细砂地基波流冲刷过程及最大冲深研究

针对某工程实例,建立波流作用下复合筒型基础地基冲刷的试验平台;选取1∶40、1∶60的基础模型,研究波浪与水流共同作用下基础周围地基的冲刷过程及最大冲刷深度,并与水流单独作用下地基的冲刷特性进行比较;采用系列比尺模型的方法,给出实际工程复合筒基周围地基的最大冲刷深度。通过物理模型试验分析发现:波流作用下复合筒型基础后方的地基最先发生冲刷,最大冲刷位置出现在基础后方;区别于水流单独作用下的冲刷,在波流作用下冲刷平衡时基础周围不同位置的地基都发生冲刷;波流作用下地基的最大冲刷深度约为水流单独作用下地基最大冲深的2/3,且波流作用下最大冲深的位置较水流单独作用时更偏向模型下。

等效动冰载下桶形基础的响应

对饱和砂土地基上等效动冰载下桶形基础的响应进行了实验研究。考察了均匀土层情况下的变形和影响区域,对承载特性进行了分析。结果表明,由于动冰载的作用,桶基周围土体逐渐软化甚至液化,土体强度降低,桶逐渐下沉,桶周围影响逐渐扩大,但是变形和影响区的发展逐渐达到一个稳定状态。该稳定状态可以作为工程设计时的一个重要参考。