《循環荷載作用下海上風電裙式吸力錨基礎承載機理研究》是依託山東科技大學，由李大勇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：循環荷載作用下海上風電裙式吸力錨基礎承載機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李大勇
- 依託單位：山東科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
吸力錨基礎具有施工簡便、造價低和可重複利用等優點，是淺海海上風力發電工程的一種新型基礎型式。因其受到較大的水平循環動力荷載和彎矩作用，而導致較大水平位移和轉角累積；波浪荷載會引起地基土強度降低；同時，由於海床沖刷，也會降低地基基礎承載能力。為了減少這些不利影響，本項目提出了一種新型吸力錨基礎-裙式吸力錨基礎。針對我國淺海海洋土分布特性，以室內模型試驗為基礎，研究裙式吸力錨基礎在飽和粉土和砂土組成的分層地基中的沉貫性能和循環荷載作用下的地基動力承載能力以及變形累積特性；揭示裙式吸力錨基礎設定裙結構的作用機理；對裙式吸力錨基礎沉貫和承載力的影響因素進行深入研究，獲得各影響因素之間的定量關係；提出合理的裙結構的幾何尺度比例；提出供海上風電基礎設計易於採用的沉貫和承載力公式。本項目對我國正在大力開展的海上風電工程的基礎工程設計和施工提供必要的科學依據，具有重要的科學意義和工程套用價值。
結題摘要
針對本課題提出的新型海上風電吸力基礎—裙式吸力基礎，採用模型試驗與數值模擬相結合的方法，研究了其在砂土中的水平單調及循環承載力特性，揭示了其在砂土中的沉貫機理。首先開展傳統吸力基礎中粗砂中的沉貫試驗，證實了吸力基礎在中粗砂中的可沉貫性，得到了吸力基礎沉貫的最佳試驗條件；基於試驗結果，提出了試驗條件下，傳統吸力基礎沉貫計算的理論公式。同時，對裙式吸力基礎在細砂中的沉貫進行模型試驗及數值模擬研究，證實了裙式吸力基礎的可沉貫性，並提出了相應的沉貫計算公式。然後開展飽和砂土中裙式吸力基礎水平單調承載力研究。結果表明，相比於傳統吸力基礎，裙式吸力基礎的水平承載力顯著提高，同時有效限制基礎側移。基礎水平承載力隨“裙”結構的高度和寬度以及主桶的長徑比增加而增大，隨載入高度的增加而減小；得到了水平極限承載力與“裙”結構尺寸、載入高度以及主桶長徑比的關係表達式。採用基礎側移和淨土壓分布兩種方法確定基礎轉動點的位置，兩種方法確定的轉動點位置範圍吻合度較高，研究表明，基礎轉動點隨水平荷載的增加沿基礎埋深及載入方向移動，並最終趨於穩定。此時，轉動點與基礎頂面之間的距離隨“裙”結構尺寸、載入高度以及內桶長徑比的增加而減小；與基礎中心線的水平距離隨“裙”結構寬度的增加而增大，隨內桶長徑比的增加而減小。最後，基於以上研究成果，開展裙式吸力基礎水平循環承載力的模型試驗和數值模擬研究。結果表明，裙式吸力基礎水平循環承載力較傳統基礎提高。相同循環荷載下，裙式吸力基礎的累積水平位移較傳統吸力基礎減少約40%。此外，裙式吸力基礎水平循環力承載力與循環荷載比（CLR）、載入高度、主桶長徑比和載入方式等因素有關。當循環荷載比較低時（CLR≤0.4），基礎的水平位移隨循環荷載比增加而線性增加，且與單調載入下同等荷載水平所對應水平位移一致，此時基礎豎向位移基本為零；當循環荷載比CLR＞0.4時，基礎水平位移較單調載入下同等荷載水平所對應位移減小，但基礎豎向位移明顯增大，且隨循環荷載比的增加而增大，此時基礎呈現上拔趨勢。本研究所得規律可為我國海上風力發電工程提供必要的科學依據，具有重要的工程套用價值。
