筒内间隙及土塞对海上风电多筒导管架基础承载力影响研究

多筒导管架基础结构凭借其施工便捷、适用性强、经济性优良等特点,在海上风电领域得到了广泛的应用.多筒基础结构在安装过程中,受海床平整度、区域内土质差异及筒内外渗流等影响,在基础筒体中会存在筒内间隙及筒内土塞现象,进而导致筒体有效埋深的不同,最终对服役期基础承载力产生一定的影响.本文借助室内模型试验及有限元分析的方法,研究了筒内间隙及土塞所引起的有效埋深对筒型基础承载力的影响规律.研究结果表明:通过试验对有限元进行修正后,不同工况下基础水平极限承载力模型试验结果与数值模拟结果相差在8.86%以内;多筒基础水平极限承载力随着筒内间隙高度和筒内土塞高度的增加而降低;当筒内间隙高度为0.10D、0.15D及0.20D时(D为筒型基础模型直径),水平极限承载力降低幅度分别为筒内无间隙工况的9.11%、16.72%和23.80%;当筒内土塞高度为0.10D、0.15D及0.20D时,水平极限承载力降低幅度分别为筒内无土塞工况的9.32%、17.16%和24.45%;当筒内间隙(土塞)高度为0.10D’、0.15D’及0.20D’时(D’为筒型基础原型直径)且竖向荷载分别超过竖向极限承载力的34.3%(33.5%)、33.8%(33.4%)和31.7%(31.9%)时,基础原型的弯矩承载力随竖向荷载的增大而降低.

饱和黏土中抗拔桩上限承载力分析及土塞效应

构造了抗拔桩上限分析机构,对饱和黏土中闭口桩与开口管桩抗拔承载力进行了上限计算,通过与弹塑性有限元、下限法及API方法进行对比说明了其合理性,并与实测资料对比验证了此方法的可靠性。研究了长径比、桩壁粗糙程度、土体强度非均匀性和土塞高度对抗拔承载力的影响,拟合出了闭口桩的抗拔净承载力预测公式。主要结果表明:对于闭口桩,归一化的抗拔净承载系数和单桩长径比之间近似呈线性关系。对于开口管桩,开口管桩抗拔净承载力系数与闭口桩抗拔净承载力系数的比值随长径比的增大有增大的趋势;管桩抗拔净承载力系数随着土塞高度的增加而增加,土塞对管桩的抗拔承载力有不可忽略的影响。

静压预应力混凝土管桩土塞效应试验研究

对淤泥质黏土互层以及粉土两种土层条件下静压预应力混凝土管桩的土塞效应进行了试验研究。现场及室内试验结果显示,管桩径厚比越大、土层条件越为坚硬则形成的土塞相对高度越大。上硬下软的土层分布易形成闭塞现象,而上软下硬的情况则易导致土塞的滑动。沉桩过程中,管壁端阻与静力触探锥尖阻力具有极为相似的变化规律,两者比值不随土塞高度变化率及沉桩深度的变化而改变。管壁端阻与锥尖阻力的相关性与土层条件密切相关,对于淤泥质黏土和粉土而言,两者比值分别为0.59和0.81。土塞的分层与地基土层分布基本一致,且分层界面为向上凸起的曲面。土塞形成过程中挤密效应是显著的,黏聚力则因扰动的影响有不同程度的降低。直剪试验显示,土塞抗剪强度的时效性是显著的。粉土中预应力混凝土管桩有效土塞高度约为5～6倍桩径,为整个土塞高度的70%;而淤泥质黏土中有效土塞高度大于4倍桩径。试验结果与已有的研究结果较为接近。

考虑土塞效应时开口管桩的挤土效应分析

为了研究开口管桩贯入过程中土塞效应和挤土效应的相互作用问题,基于弹塑性力学基本原理,考虑开口管桩土塞的增长特征,得出了柱形孔扩张过程中桩周土体的应力场及位移场解析表达式.以土塞增长率(IFR)在开口管桩贯入过程中的变化为依据,提出了土塞增长的理想化模型,推导了土塞模型的解析表达式,分析了考虑土塞效应时开口管桩挤土效应的特征.利用模型试验获得桩周土体的径向位移,并与理论计算结果进行对比.结果表明,位移的计算值与实测值具有相同的变化趋势.

考虑土塞效应的半埋入式管桩水平振动动力阻抗解析解答

基于Novak平面应变理论,综合考虑半埋入式管桩土塞效应的影响,建立了层状黏弹性土中半埋入式管桩水平振动分析模型。通过引入势函数法和分离变量法分别求出了桩侧土和土塞部分的频域解析表达式,进而利用桩‑土耦合条件以及传递矩阵法推导出层状土中半埋入式管桩桩顶水平阻抗的解析解答,将所得解进行退化并与已有理论解进行对比,以验证其合理性。在此基础上,通过进一步参数化分析分别探讨了桩‑土各参数对桩顶水平动力阻抗的影响规律。研究结果表明:随着埋入比的增大,桩顶水平动刚度和动阻尼幅值均增大;随着表层土体弹性模量的增大,半埋入式管桩桩顶水平动刚度和动阻尼幅值增大,而桩周土中、下层土体的此种影响可忽略;随着土塞高度的减小,半埋入式管桩桩顶水平动刚度幅值减小,而桩顶水平动阻尼幅值则增大。

软土地区高速公路改扩建管桩土塞效应及施工工艺优化研究

在高速公路改扩建工程中,为了保证工程质量,必须对新旧道路的路基进行差异沉降控制。对此本研究以土地区高速公路改扩建工程为例,开展管桩土塞效应及施工工艺优化研究。建立软土地区高速公路改扩建中开口管桩的数值模型、对土塞效应对改扩建中开口管桩的竖向承载力影响和土塞位移场进行分析。基于土塞效应分析结果,优化管桩参数,在此基础上,对其进行了施工优化,并对优化后的结果进行了验证,以期对同类工程的实施有一定的借鉴意义。

吸力基础贯入过程土塞隆起有限元分析

吸力基础广泛应用于大型海洋工程结构物的安装固定。本文使用有限元分析软件Abaqus,基于耦合欧拉-拉格朗日方法(CEL)建立三维大变形有限元分析模型,对吸力基础安装贯入时土塞隆起过程进行了有限元数值模拟,将有限元模拟结果与理论计算进行综合分析,得到了土塞隆起及其削弱吸力基础极限承载力的机理。

高速公路改扩建管桩施工土塞效应及工艺优化

高速公路改扩建地基处治工程中,管桩施工作为应用最为广泛的一种施工技术,在管桩贯入地基时会产生土塞效应,而土塞效应会对管桩承载力和打桩阻力造成影响,从而间接影响整个工程地基的承载性能。文章以实际高速公路改扩建工程为例,建立管桩土塞效应的数值模型,分析土塞效应对管桩承载特性的影响机理。在此基础上,对管桩施工工艺参数进行优化,并提出优化后管桩施工工艺的具体实施,以期为高速公路改扩建管桩设计与施工提供理论参考。

土塞效应对敞口桩承载力的影响分析

预制敞口桩施工过程中,土塞效应对桩基施工难易程度及单桩承载性能存在重要影响。文中基于土塞效应承载机理,结合相关规范的土塞效应计算方法,归纳了前人研究成果及大量桩基施工资料,提出了土塞有效高度的概念,建立了基于土塞有效高度的敞口桩承载力修正方法,并通过某高层建筑破坏性试桩检测结果验证了该方法的合理性。

动力沉桩中土塞作用数值分析

假定开口钢管桩的闭塞效应在桩端 10倍桩径的范围内发生 ,用三种土塞模型来模拟土塞作用机理 .采用编制的 Smith法求解波动方程程序 ,对某工程打桩中土塞作用进行了数值比较分析 。

基于太沙基极限承载力理论的管桩土塞高度计算方法

为分析开口管桩沉桩过程中产生的土塞效应,首先从土塞的形成过程和作用机理出发,建立了土塞单元体的受力平衡方程,得出了垂直向总荷载的表达式;其次,将土塞视为"桩中桩",基于太沙基桩端极限承载力理论,得出"桩中桩"桩端极限承载力的表达式,从而导得管桩在沉桩过程中土塞高度的表达式;最后,将本文理论计算结果与工程实例进行对比分析,并进一步分析了径厚比、土的黏聚力以及桩土表面粗糙度对管桩沉桩过程中形成的土塞高度的影响,得出结论:同一入土深度,土塞高度随着径厚比增大而增大,随着桩土表面粗糙度的增加而减小,而土的黏聚力对土塞高度的影响不大.结果表明本文计算方法是基本可行的,对开口管桩沉桩过程中土塞高度的预测计算具有一定的参考价值.

动力打入钢管桩中的土塞研究现状

对开口钢管桩在打入过程中形成土塞的闭塞效应理论判断方法、影响土塞长度的因素、土塞的力学机制以及有关土塞模型与计算方法等研究成果进行了系统的回顾、总结 ,并指出存在的问题 ,进而提出还需要解决的重要问题 。

土塞效应对管桩纵向动力特性的影响研究

基于附加质量法,研究考虑土塞效应时成层地基中管桩的纵向振动问题。首先,根据桩侧土、桩端土的成层性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段,并采用虚土桩法和附加质量法建立了桩土系统的纵向振动控制方程。然后,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推法,推导得到了考虑土塞效应时管桩纵向振动的桩顶速度频域响应解析解和半正弦脉冲激振力作用下相应的桩顶速度时域响应半解析解。最后,分析了附加质量法中Voigt模型参数的敏感性区间,讨论了土塞效应对管桩纵向动力特性的影响规律,并通过模型试验验证了所提理论解的合理性。结果表明:①当附加质量法中的Voigt模型参数逐渐增大时,土塞与管桩之间的相互影响将逐渐增强;②在桩顶速度时域响应曲线上,土塞顶部界面位置处会出现类似扩颈桩段的反向反射信号;③由于土塞的存在,填充土塞桩段的综合波速会小于管桩材料的一维弹性纵波波速,且土塞高度越高,填充土塞桩段的综合波速越小。

海洋采油平台打桩工程中土塞效应研究

根据太沙基深基础计算方法提出新的土塞效应判断方法,考虑边载效应,同时考虑打桩对周围土体的影响,引入动力效应系数,并将其应用于实际工程中,实测打桩记录结果与计算结果吻合较好,可用于桩的可打入性分析。

考虑横向惯性效应时桩侧土-管桩-土塞纵向耦合振动特性研究

与实心桩相比,由于土塞与管桩内壁复杂的相互作用,开口管桩的桩-土动力相互作用问题更为复杂。因此,需深入研究考虑土塞效应时的管桩-土体动力相互作用问题。首先,考虑管桩的横向惯性效应及其黏性性质,采用Rayleigh-Love动力杆件模型和附加质量模型建立了桩侧土-管桩-土塞系统的纵向振动控制方程。进一步,采用积分变换和阻抗函数传递技术,分别得到了任意荷载形式下管桩桩顶速度频域响应的解析解以及半正弦脉冲激励作用下桩顶速度时域响应的半解析解。最后,通过与现有解及模型试验的对比研究验证了理论解的合理性,并研究了管桩设计参数对桩顶纵向振动特性的影响。结果表明,当管桩其他设计参数不变时,管桩截面尺寸越大或长度越小时,应力波传播过程中的弥散效应越明显。对于同样外半径的管桩,壁厚越大时,越容易检测到土塞顶部界面及桩尖传来的反射信号,就能对管桩的施工质量进行更为合理的评价。

软黏土中PHC管桩打入过程中土塞效应研究

当开口管桩打入土层中,土体进入桩内形成土塞,土塞效应对桩的打入特性和承载能力具有重要影响。基于上海典型软土地基中长PHC桩的现场试验,统计分析3个不同场地共44根桩打桩过程中的土塞数据,探讨软土地基中PHC桩打桩过程中土塞长度与内径之比、土塞增量与桩打入深度增量之比(IFR)随打入桩长与内径之比变化的规律,并线性拟合出土塞增量与桩打入深度增量之比与土塞高度和桩打入深度之比(PLR)的经验公式。研究表明,大部分PHC桩在打桩过程中,土塞部分闭塞,桩从浅部较硬土层打入较软土层,IFR值减小,土塞闭塞作用大;桩从较软土层打入深部较硬土层,IFR值逐渐增大,土塞闭塞作用小,且土塞长度增量与桩打入深度增量之比与土塞长度与桩打入深度之比基本呈线性关系。

吸力锚土塞在粉质粘土中形成的模型试验研究

介绍在室内粉质粘土土槽中进行吸力锚土塞形成试验 ,给出了部分试验结果。通过模拟海上吸力锚沉放过程 ,研究土塞形成和发展的规律及模型沉放过程中压力差、沉放速度等因素对土塞形成产生的影响。并对一些试验现象和结果进行了初步分析 ,得出了一些结论。

基于土塞效应的柱形孔扩张问题解析解

钢管桩和混凝土管桩在沉桩过程中会同时产生挤土效应和土塞效应,然而目前国内外学者对钢管桩的研究主要侧重于其土塞效应,对混凝土管桩的研究则主要集中在其挤土效应上。首先综述了国内外管桩挤土效应和土塞效应的研究现状,然后在考虑土塞效应的前提条件下,利用圆孔扩张理论对管桩的挤土效应进行了分析研究。通过合理的假设,得到了桩周土体在弹塑性阶段的应力场和位移场的解析解答,为综合研究管桩的挤土效应和土塞效应提供了一种新的思路。

大直径钢管桩土塞效应的判断和沉桩过程分析

港口工程和海洋工程中出现了越来越多的大直径超长钢管桩。由于这种桩直径较大,土塞的形成对桩的可打入性和承载力有较大的影响。鉴于此,根据大直径和超大直径钢管桩土塞性状的特殊性,考虑了桩直径对侧壁摩阻力、端阻力的影响,引入了尺寸效应系数,重新建立了土塞微分体的静力平衡方程,提出了采用改进的静力平衡法进行土塞效应判断,同时采用波动方程法近似模拟土塞与桩管内壁的相互作用,建立了简化的土塞与桩壁相互作用模型,并用该方法进行实际工程的打桩分析,分析结果表明该方法对土塞效应的判断、打桩过程的预测等与工程实测数据吻合较好。

粘土中吸力锚沉贯阻力与土塞形成试验研究

针对粘土中吸力锚沉贯的两个关键性问题———沉贯阻力和土塞形成过程,在自行研制的试验平台上进行一系列吸力锚沉贯室内模型试验。试验结果表明,负压抽吸对筒壁内部土体的影响较大,而对外侧土体的影响很小;由压力沉贯向吸力沉贯转换后,土体阻力会先降低,再随着沉贯的进行逐渐增大,并超过采用压贯方式的土体阻力;前期压贯深度的变化带来了不同的内部泥面下陷,这对吸力沉贯开始阶段的土塞发展影响不大,当土塞加速隆起后,压贯越深的情况土塞发展越迅速;在粘土中进行吸力沉贯时,API规范对最大容许吸力估算较为准确,但是需提供比API规范更大的沉贯吸力才能保持沉贯的进行,而且沉贯过程中土塞的高度大于由于筒裙下插置换土体所带来的高度。