相对密实度对沉贯中吸力基础桶壁–砂土界面力学特性的影响

吸力基础是一种系泊海洋浮动平台及固定海上风电塔架的基础形式。吸力基础在砂土中吸力贯入时,沉贯阻力主要由内外壁摩阻力组成。吸力基础沉贯过程中基础–土体界面力学特性决定侧壁摩阻力的大小。开展界面剪切试验,研究了相对密实度及沉贯深度对吸力基础–砂土界面沉贯过程中相互作用的影响。结果表明:吸力基础–砂土界面剪应力随剪切位移增加,呈现出软化特征;随砂土密实程度的增加,界面摩擦系数、界面峰值强度和相对应的剪切位移逐渐增大;但上述参数随沉贯深度的增加先减小后逐渐增大。研究工况条件下,界面摩擦系数量值处于0.2~0.34。根据试验结果,得到了不同沉贯深度处基础桶壁摩阻力,基础侧壁摩阻力–贯入深度之间关系可用指数函数表示;内外壁摩阻力随砂土密实程度增加逐渐增大,外壁摩阻力增长幅度较内壁摩阻力更加明显,外壁摩阻力最大值是相同沉贯深度处内壁摩阻力的2.1倍。界面剪切试验中,砂土发生明显挤出现象,砂土挤出主要发生在剪切初期,对应剪切位移较小,可用于揭示吸力基础沉贯过程中,由于桶壁贯入造成的砂土置换侧向挤出现象。界面剪切过程中砂土颗粒发生破碎,填充至砂土颗粒间孔隙中,导致土体试样高度下降,砂土呈现出“剪缩”现象。发现界面摩擦角与土体内摩擦角之比随土体密实程度的增加逐渐降低。研究内容有助于准确得到沉贯摩阻力和沉贯所需吸力,确保吸力基础沉贯至预定位置。