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循环荷载下海上风电桩基水平承载特性研究

张冬冬  
【摘要】:海上风电作为一种新型清洁能源,在21世纪越来越受到人们的青睐。黄河三角洲作为中国第二大中国石油基地,又具有丰富的海上风能资源,因此在黄河三角洲地区粉质土的地质概况下桩基础的稳定性越来越受到关注。 由于桩基础所受荷载的复杂性,以有机玻璃管模拟桩体,在饱和粉质土地基中进行了单桩水平静力和单向循环加载室内模型试验,通过应变采集系统和位移计测得两种设桩方式和加载方式下的桩身应变和桩身位移。并通过数学运算推出静力加载和单向循环加载下单桩的桩身弯矩、桩体位移、桩周土反力等数据。通过分析得到如下成果: (1)水平静力加载下,对于两种不同的设桩方式,随着荷载的增大,桩周土的变形和桩身弯矩都增大。由于桩周土体开始产生塑性屈服,从而对桩的侧向约束能力下降,最大桩身弯矩位置有所下降,始终处于距离泥面3至6倍桩径,而打入桩最大桩身弯矩值较预埋桩大。 (2)水平静力加载下,设桩方式对桩周土反力的的主要影响是,通过改变原土体应力状态在深度上的分布,降低了土抗力零点位置,这种效应随着深度的增大而减小,因此对于Y50修正值是随着深度增大呈增大的趋势。 (3)通过预埋桩和打入桩在静力加载下推算的p-y曲线发现,对于接近泥面处的桩土综合刚度,打入桩较预埋桩小,这种现象随着深度的增大而减弱。 (4)API中软粘土的p-y曲线模型并不适用于粉质土,由于其对极限土抗力的计算偏保守,因此文中Y50相对于文献中的取值较大。 (5)单向循环加载下,对于两种设桩方式,通过拟合发现,幅值和峰值应变下最大桩身弯矩之间都呈线性增大关系,而其斜率又与周期的大小相关。因此峰值应变下最大桩身弯矩是与幅值和周期相关的函数。桩身最大弯矩的位置随着幅值的增大向下移动,并一直处于距离泥面4至5倍桩径处。 循环荷载的幅值与最大桩周土反力和测点位移之间依然呈正相关,随着幅值的增大,桩周上部土体变形增大,荷载向更深层的土体传递,因此土抗力零点位置也向下移动。 (6)预埋桩和打入桩的单向循环加载下,循环周期对最大弯矩、土反力最大值、测点位移的影响是复杂多变的。 (7)对于两种设桩方式,循环次数与峰值应变下桩身最大弯矩、土体位移之间都呈正相关,并通过拟合给出了两种设桩方式下函数中相关参数建议值。其次由于循环弱化作用,循环次数与最大桩周土反力之间呈负相关性,并通过拟合也给出了两种设桩方式下相关参数的取值。 (8)由两种设桩方式下动力p-y曲线峰值变化趋势显示,桩周最大土抗力与循环次数之间的关系取决于一个临界深度,在临界深度以上最大桩周土抗力与循环次数呈负相关,而在临界深度下两者呈正相关。


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