混合土层吸力筒沉贯阻力算法研究及应用

为补充DNVGL-RP-C212规范关于混合土层内吸力筒沉贯阻力计算参数的不确定描述,基于长乐外海风电场多个吸力筒基础的沉贯负压监测成果,对黏土—砂混合土层内吸力筒沉贯阻力算法进行研究。提出了基于黏粒含量确定侧阻力修正系数kf的算法,引入桩基工程中基于静力触探试验(CPT)的fs计算桩侧剪切强度的经验算法,并对其进行修正,用于计算吸力筒的沉贯侧阻力。对两种算法的准确性进行了验证,对其可靠性进行比较,提出了以前者计算结果为准,后者计算结果作为校核依据的建议。

桶式基础沉贯阻力系数的理论研究

桶式基础在海洋工程中具有广阔应用前景,其安装可行性分析的核心是沉贯阻力计算。通过理论推导建立了基于土体强度指标和静力触探贯入阻力的两类桶式基础沉贯阻力计算方法之间的联系。对黏土,侧壁沉贯阻力系数可按黏聚力因子与锥尖阻力系数的比值确定;端部沉贯阻力系数可按条形地基承载力系数与锥尖阻力系数的比值确定。对砂土,侧壁沉贯阻力系数与侧压力系数和界面摩擦系数成正比,与基础形状系数和地基承载力超载压力系数成反比;端部沉贯阻力系数为形状系数的倒数。基于北海地质条件确定的沉贯阻力理论值与经验值相近,为沉贯阻力系数提供了理论基础。并针对我国海床地质条件,开展沉贯阻力系数研究。

基于吸力筒型基础施工数据的沉贯阻力系数反演分析

基于广东某海上风电场的吸力筒型基础的静力触探数据和沉贯施工现场数据,将沉贯阻力公式转化为变化量形式,通过二元线性回归分析,得到场址浅表层不同类型地基的沉贯端阻力系数和侧摩阻力系数。结果表明,采用本文方法反演的沉贯阻力系数相比目前工程常用的DNV推荐沉贯阻力参数在计算吸力筒沉贯最大阻力上更准确,可用于设计、施工阶段准确分析筒体受到的沉贯阻力,指导并优化吸力筒型基础结构设计和施工。

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。

海上筒基平台负压沉贯阻力的数值计算研究

用有限元分析方法对筒形基础负压沉贯渗流场进行了动态模拟，提出了筒形基础负压沉贯阻力的数值计算方法；修正了计算筒形基础负压沉贯阻力的公式，并给出了有关系数的取值范围．计算结果表明了计算方法的可靠性和工程实用性．

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。

海上平台桶基负压沉贯阻力与土体稳定数值计算研究

用有限元分析方法对桶形基础负压沉贯过程中渗流场进行动态模拟，提出桶形基础沉贯阻力计算方法和土体稳定有限元计算方法，提出桶内土体稳定性判断准则。计算结果表明所提方法是合理的，并具有工程实用性。

筒型基础沉贯阻力估算方法

系统地总结国外有代表性工程实践对筒型基础沉贯阻力的研究 ,并将各种方法综合起来 ,提出了加权综合估算法 。

桶形基础采油平台负压沉贯阻力计算分析

叙述了桶形基础负压沉贯的室内试验、中间试验和现场试验。应用有限元法对负压沉贯的渗流场进行分析 ,研究负压对桶形基础沉贯阻力、土壤特性的影响 ;负压大小对桶形基础沉深、沉速的影响 ,以及桶形基础在海上应用的可行性。

粉土中吸力桶沉贯阻力与土塞失稳机理研究

针对粉土中吸力桶在吸力沉贯中的两个关键性问题———沉贯阻力和内部土体稳定性，在自行研制的试验平台上进行了一系列吸力桶沉贯模型试验。试验结果表明，粉土中吸力沉贯时，Andersen 所提供的基于 CPT 锥尖强度的阻力计算公式能较好预测阻力发展趋势，但计算结果偏小；而修正的承载力公式预测结果在沉贯前期与实测值较吻合，沉贯后期预测偏大。吸力沉贯前期，贯入阻力随深度稳步增长，直到贯入深度达到某个临界值后，阻力增长缓慢甚至保持不变。桶内粉土在吸力作用下的失稳机理与黏土或砂土不同，在渗透力作用下表现为从土层表面开始的自上而下管涌或渗流侵蚀。沉贯后期，端部土体在较高水头差下发生失稳并向桶内流动，造成了桶内土体密度降低，端阻力与内壁摩阻力降低，总贯入阻力主要由外壁摩阻力提供。并结合有限元模拟对上述实验现象的内在机理进行了解释。

砂土中吸力筒沉贯阻力模型试验研究

利用三个不同尺寸的吸力筒单桩模型在砂土中进行安装阻力试验,模型基础在自重作用下下沉到一定深度以后,使用真空调节罐与真空泵逐级施加荷载,使其继续下沉。将试验得到的负压—沉贯深度曲线与现有理论方法进行比较,进而验证对比砂土中沉放阻力计算方法的准确性。对比分析发现,Houlsby&Byrne不考虑安装造成的应力增强的沉贯阻力计算方法最为接近试验结果。

分层土中吸力基础沉贯吸力变化及土体变形规律试验研究

吸力基础近年来在海上风电工程中逐渐得到推广,我国海上风场地基广泛分布分层土,研究吸力基础在分层土中的沉贯特性有助于推动其在我国海上风电工程领域的应用。开展模型试验,探讨了土层分布形式(砂土、黏性土、上层砂土下层黏性土(简称上砂下黏)、上层黏性土下层砂土(简称上黏下砂))对吸力基础沉贯吸力值、沉贯阻力、土塞高度和土体变形的影响。研究发现在上砂下黏土层中,当基础贯入至土层分界处时,基础吸力值陡然增加;当吸力基础贯入至上黏下砂土层分界处时,基础内部吸力值陡然降低,通过有机玻璃吸力基础模型试验阐述了吸力变化的原因。不同土层条件下,基础内部最终土塞高度规律由高到低为:上黏下砂土层、单一砂土层、上砂下黏土层、单一黏性土层,阐明了不同土层分布情况下基础内部土塞形成机理。对于单一砂土层和上砂下黏地基,沉贯结束后,基础周围土体出现环形沉降区域,单一砂土地基中沉降区域范围大于上砂下黏地基情况。对于单一黏性土和上黏下砂土层中,沉贯结束后基础周围黏性土中产生裂缝,且吸力沉贯下土体裂缝数量及裂缝扩展范围大于压贯条件,土体最大裂缝范围约为1.9倍基础直径。

海上风电超大型吸力桩基础沉贯可行性分析

吸力桩(桶)基础因其经济、高效、环保等特性,从海洋油气行业逐步扩展到海上风电领域。文章针对国内首个全场采用超大型吸力桩导管架基础的海上风电场典型基础进行沉贯分析,并与现场实际沉贯数据进行对比分析,同时考虑沉贯安装过程中可能临时顶起以及服役到期后的永久移除压力分析,并对各种情况下的结构强度进行校核。结果表明:采用DNVGL规范公式计算会高估吸力桩沉贯阻力,引入黏土灵敏度对沉贯阻力进行折减,计算所得的沉贯阻力与实测值较接近;临时顶起正压力与与负压沉贯压力一致,差别是基础自重的作用方向相反,永久移除刚开始时不考虑土体扰动的影响,所需正压力要远大于沉贯压力。

离岸裙式吸力基础在砂土地基中沉贯性研究

吸力基础是海洋工程中新型的一种基础型式,广泛应用于海洋平台、海洋浮动式结构等,近年来,也被作为浅海离岸风力发电工程的基础。吸力基础易遭受较大的水平动力荷载和弯矩,从而可能产生较大水平位移和转角;同时,由于海床冲刷,会降低其承载能力。为克服这些不足,提出了一种新型吸力基础———裙式吸力基础,把分析传统吸力基础砂土中的沉贯方法,拓广到裙式吸力基础中,研究该基础型式在砂土中的可沉贯性以及所需的吸力;并与同情况下的传统吸力基础进行了比较,证明了所提出的裙式吸力基础具有较好的沉贯性能,具有工程实践推广价值。

桶形基础沉贯室内模型试验研究

桶形基础采用负压沉贯法施工，其贯入阻力与压桩、打桩等施工方法显著不同。本文介绍了在粉土和粉质粘土地层中的一组模型试验情况，认为负压法施工可显著降低粉土的抗贯阻力，但在粉质粘土中减阻效果不明显。

砂土地基中吸力式沉箱的极限沉贯深度分析

吸力式沉箱是广泛应用于离岸结构物中的新型基础形式,贯入分析方法的研究是很重要的课题。分析了砂性土地基吸力贯入过程中的渗流状况,得出了筒内壁的压降比率与贯入深径比的关系公式,分析评估了抽吸作用对筒内壁压降比率的影响,提出了砂土地基中吸力贯入阻力和地基极限吸力的简便计算方法,给出了砂土地基中极限贯入深径比的计算公式,分析了各种砂土地基中的吸力贯入极限深径比。不计筒体自重和抽吸效应影响时,这一比值介于2.1～2.5之间。

桶形基础采油平台负压沉贯特性分析

进行了桶形基础负压沉贯的室内试验、中间试验和现场沉贯。对负压沉贯的机理进行了初步分析 ,结合 CB2 0 B桶形基础计量平台的现场测试数据 ,研究了负压对桶形基础沉贯阻力的影响及对土壤特性的影响 ,同时对负压、沉贯深度、沉贯速度之间的关系进行了总结。在此基础上 ,提出了改进的计算沉贯阻力的经验公式。

粉土中筒型基础贯入阻力的研究

筒型基础在海洋工程中应用广泛,贯入阻力的准确计算是筒型基础成功应用的关键。在海洋工程中,粉土是介于砂土与黏土间的特殊土,现有计算方法中将粉土等同于砂土,忽略了黏聚力c对贯入阻力的影响。开展了粉土中筒型基础的现场贯入试验,观测了自重下沉阶段与负压贯入阶段筒型基础贯入阻力与贯入深度的关系,提出了粉土中计算沉贯阻力的方法,并对不同筒端形式的减阻效果进行了深入分析。研究结果表明,采用现有规范方法计算粉土中筒型基础的贯入阻力值较实测值偏小20%,提出的两种方法不仅适用于计算粉土中筒型基础的贯入阻力,而且能够反映负压贯入阶段的减阻效果;尖筒端可使筒端阻力减少50%,减阻环可使筒侧摩阻力减少50%,但减阻环会破坏筒壁周围土体,形成渗流通道,导致负压失效。

低裙式吸力桩真空沉贯及抗拔极限承载力

为了提高裙式吸力桩的承载力,使其更易于沉贯且能更好地保护主桶周围土体免受洋流刨蚀,提出了一种新型低裙式吸力桩模型,采用双桶负压法沉贯该桩,能有效减小土塞高度。提出的超低位真空预压法能够快速固结土体,缩短试验周期,采用该方法加固的土体,能够较好地模拟强度沿深度增加的地基土。在该土体上采用抽真空法沉贯不同规格的吸力桩模型,对比研究低裙式吸力桩的可贯性,分析其沉贯阻力,结合试验数据拟合出了沉贯阻力公式。最后,通过45°斜拉试验并结合PLAXIS 3D软件对吸力桩承载力展开研究,对比试验与数值模拟结果,分析新型低裙式吸力桩的合理性。

海上风电复合筒型基础粉质黏土下沉试验分析

复合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受到扰动,土体中土压力和孔隙水压力发生变化,对沉贯阻力造成影响.针对复合筒型基础的沉放过程,在粉质黏土中开展了大比尺模型试验.试验中监测了基础舱内压力、周围土体的土压力及孔隙水压力的变化.通过理论计算,对试验模型沉贯所需负压进行预测,并将试验施加负压与预测负压进行对比.试验结果表明:基础周围土体土压力和孔隙水压力在负压作用下均减小,且筒壁内侧土体土压力减小程度大于外侧土体;沉放过程中基础发生倾斜时,通过向高舱处抽负压可以有效调整基础的倾斜度;预测负压大于试验施加负压,当使用Houlsby提出的计算方法计算筒型基础在粉质黏土中的沉贯阻力时,摩擦系数建议取0.3.