水平受荷大直徑樁基尺寸效應產生機理與特徵研究

《水平受荷大直徑樁基尺寸效應產生機理與特徵研究》是依託同濟大學，由李衛超擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水平受荷大直徑樁基尺寸效應產生機理與特徵研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李衛超
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

在水平受荷大直徑樁基礎的研究中，縮尺模型試驗作為一種經濟且可行的重要研究方法得到了廣泛的套用。它是依據一定的比例條件將原位足尺地基基礎體系的尺寸等縮小而開展的物理模型試驗。從而，基於該模型試驗結果，預測原位足尺地基基礎相互作用性狀。能否有效的減小縮尺模型試驗中存在的尺寸效應問題併合理的分析縮尺模型試驗結果決定了基於該方法的研究的成敗。本項目擬針對水平受荷樁基，開展三個方面的深入研究：1.闡釋尺寸效應的產生機理與作用特徵；2. 探討縮尺模型試驗結果的分析方法；3.提出水平受荷大直徑樁基的分析設計方法。本項目擬通過一系列不同縮尺比例模型試驗及數值模擬，並結合原位大比尺水平受荷樁基試驗進行研究，預期建立一套完整可行的縮尺模型試驗研究方法，進而提出針對於水平受荷大直徑樁基的分析設計方法。

結題摘要

針對海上風電場廣泛採用的超大直徑單樁基礎實際工程設計方法存在的問題，從尺寸效應的角度，本項目基於試驗實測與數值模擬結果重點研究了風、浪、流等引起的水平靜載與循環荷載作用下單樁基礎與樁周土體的相互作用特徵和機理，進而建立了考慮樁基尺寸效應的水平受荷回響分析理論與設計方法。本項目得到的重要結果有：① 明確了當前被廣泛套用於海上風機樁基設計的API/DNV規範推薦的P-y模型的具體適用範圍及可靠性；② 給出了水平靜與循環荷載作用下，考慮樁基礎尺寸效應的分析理論與設計方法；③ 首次基於試驗數據給出了非柔性樁底與地基土水平向摩擦力的力-位移關係，該結果與之後開展的數值模擬計算結果吻合較好；④ 針對超大直徑單樁基礎給出了考慮三維效應的四彈簧模型；⑤ 給出了考慮樁基尺寸效應的循環累積變形預測模型；⑥ 完成了鈣質砂中具有不同尺寸特徵的樁基在水平與軸向拉拔荷載耦合作用下的模型試驗並取得了初步的結論；⑦ 給出了樁基由樁周土體移動而產生的附加變形和內力計算分析方法，並開發了有限元程式；⑧ 給出了豎向荷載作用下樁基變形與安全係數之間的關係，將岩土工程變形設計和強度設計有效的結合起來，並給出了對應的基於圖表的簡便設計方法，此外，基於大量數值模擬，給出了針對地震荷載作用下樁基最大彎矩的計算方法。截止目前，本項目研究成果經整理髮表國內外主流期刊10餘篇、其中SCI/EI刊源文章11篇，培養或協助培養本碩博士生8人，參加國內外學術會議並匯報近10次。需要說明的是，本項目部分研究成果正在被寫入上海同濟啟明星科技發展有限公司自主開發的海上風機基礎設計軟體FDOW中，該軟體已被十餘家企業套用於海上風機基礎的分析與設計。可見本項目得出的結論為工程實踐提供經濟可靠的分析理論與設計方案，因此得到了學術界與工程界的廣泛關注。