黏性土中裙式吸力基础沉贯与注水拔出试验研究

开展模型试验研究海洋黏性土中裙式吸力基础沉贯和注水上拔特性,并研究了土体强度、基础尺寸和安装方式等影响因素。研究表明:主桶长径比为1.0和2.0的裙式吸力基础最终沉贯深度较相同高度传统吸力基础仅降低2%和6%,证实了裙式吸力基础在黏性土中具有良好沉贯性。主桶和裙结构在吸力沉贯时对土体造成扰动,导致吸力沉贯阻力小于压力贯入时的阻力。基于极限平衡方法,提出了裙式吸力基础在黏性土中的沉贯阻力与所需吸力的计算公式,并验证其准确性。得到传统和裙式吸力基础在注水拔出过程中基础内部水压力、上拔阻力与基础上拔位移之间的关系,发现基础内部水压力随上拔位移先迅速增加至最大值,然后逐渐降低,裙式吸力基础最终上拔位移小于相同基础高度的传统吸力基础。得到了裙式吸力基础注水拔出阻力计算公式。

砂土中裙式吸力基础注水拔出渗流规律数值模拟

裙式吸力基础是一种新型海上风电基础形式。相比于传统吸力基础,裙式吸力基础具有更高的承载力和控制基础变形的能力。当海上风电上部结构达到服务年限或沉贯安装失败时,可通过向吸力基础桶内注水实现基础的拔出回收和重复利用。为此针对裙式吸力基础拔出过程,通过开展数值分析研究其在饱和砂土注水拔出过程中的渗流场分布规律。结果表明:注水拔出过程中,基础发生由内而外的渗流,导致基础内部土体向下移动,有效应力和侧壁摩阻力增大,基础外壁有效应力与侧壁摩阻力降低。注水拔出过程中,裙式吸力基础渗流影响区域与传统吸力基础差别较小。裙式吸力基础与传统吸力基础在水头等势线分布规律、土体孔压及有效应力的变化趋势上基本一致,但量值较传统吸力基础显著提高。拔出过程中,裙式吸力基础的“裙”结构内部产生负压,与主桶内部的压力正相反。

吸力基础抗拔与拔出机理的研究进展

吸力基础具有施工方便、可回收利用及造价低等优点,在海洋平台及海上风电工程中得到了成功应用。吸力基础用于系泊深海浮动式平台时,抗拔承载特性是工程设计的重要因素。海上风电场面临着服役期满后的升级改造问题,需采用更大功率的发电设备,风机叶片直径、塔架高度随之增加,原基础难以满足新的设计要求,从可持续发展角度,塔架基础的拔出、回收等方面正逐渐引起人们的高度重视。本文介绍了吸力基础抗拔、拔出特性方面取得的研究成果,阐述了影响基础抗拔和拔出特性的因素,阐明了吸力基础拔出的力学机制与作用机理。通过文献调研推断:注水拔出吸力基础,砂土会发生渗流破坏,黏土会产生劈裂破坏,会导致基础无法继续上拔,应结合拉力上拔或振动法对基础进行回收。