海上風機樁基礎穩定性分析與離心模型試驗驗證研究

《海上風機樁基礎穩定性分析與離心模型試驗驗證研究》是依託大連理工大學,由欒茂田擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：海上風機樁基礎穩定性分析與離心模型試驗驗證研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：欒茂田

項目摘要

隨著煤炭、石油、天然氣等不可再生資源的日益消耗以及環境污染的加劇，世界上大多數已開發國家正在積極開發海洋風能資源，我國近幾年也正在逐步推廣海洋風能發電。海上風力發電機樁基礎的受力條件非常複雜，不但受到自重等豎向荷載的作用，還受到上部結構傳來的風荷載、波流荷載等引起的水平荷載、力矩與扭矩作用。本項研究將聯合運用理論分析、數值計算及離心模型試驗等手段，深入探討複合載入條件下的樁基礎破壞機理與失穩模式，贈凶煉基於塑性極限分析理論對不同荷載分量組合下的樁基礎穩定性與承載性能進行評價，進而針對地基土的先進動力本構模型，標定模型參數在低頻動載下的取值範圍，發展高效穩定的統一積分算法，建立循環荷載作用下海上風力發電機樁基礎與地基的彈塑性有效應力計算模型。通過具體計算全面探討複雜荷載條件下海上風力發電機樁基礎與地基的變形機理與工作性能屑催己。在此基礎上，提出工程上實用的計算方法，為工程設計提供一定的參考依據。

結題摘要

本項研究聯合運用數值計算、理論分析及離心模型試驗等技術手汗主段，深入探討複合載入條件下的海上風機樁基礎破壞機理與失穩模式，發展了地基土的先進動力本構模型，發展設潤謎櫃高效穩定的統一積分算法，建立了循環荷載作用下海上風力發電機樁基礎與地基的彈塑性計算模型。室內土工試驗部分，分別針對海洋原狀土和砂性土，開展了複雜應力條件土體剪下特性的試驗研究，分析研究了多個因素對土體剪下特性的影響；針囑鍵民對由波浪等循環作用引起的主應力軸旋轉效應，發展了非共軸本構模型，並將其成功嵌入有限元計算程式。利用該模型計算研究了桶形基礎、吸力桶以及重力式基礎的破壞和失穩；針對海洋砂性土，開發了一個可以考慮砂土當前物理狀態的本構模型；開發了適合鼓式離心機的制樣設備，研發改進了樁基礎水平向循環載入系統；利用鼓式離心機開展了樁基礎承載特性的試驗研究，針對單樁基礎,採用飽和密砂地基，進行了按位移控制的單向水平荷載和雙向水平循環荷載作用下的離心機模型實驗，重點分析了樁身回響規律，並與數值模型計算結果進行了對比分析；船射海槓採用CEL大變形有限元技術對於上砂下黏雙層地基中樁靴基礎貫入過程進行了數值模擬，系統的探討了上層砂土內摩擦角、下層黏土不排水抗剪強度等土性指標對於基礎貫入阻力曲線的影響。採用荷載-位移聯合搜尋方法，對於海上風機桶灶凳巴形基礎在非共面複合載入條件下穩定性進行了系統研究，初步建議了一個軟黏土地基上六維自由度複合載入條件下基礎破壞包絡面方程。研究成果為海上風機樁基礎的設計和安全評價提供了建議。