《考慮海床液化與沖刷耦合效應的樁基循環承載特性研究》是依託中國科學院力學研究所，由漆文剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：考慮海床液化與沖刷耦合效應的樁基循環承載特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：漆文剛
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
與傳統陸上樁基承載特性不同，海洋環境中的樁基承載需考慮海床液化和土體沖刷的影響。超靜孔壓增長及海床液化使得土體強度和剛度大幅衰減；樁基周圍局部沖刷使得土體發生沖蝕運移，樁基有效埋深減小且樁基周圍土體處於超固結狀態。本項目將基於研製的流固土耦合水槽裝置及多物理參數同步測試系統，開展物理模擬並著重多場耦合分析，揭示粉土海床內部超靜孔壓回響與表層土顆粒沖刷運移的關在線上制；輔以土體動力本構數值模擬，分析不同循環載荷條件下的樁土相互作用機理，獲得累積孔壓和樁基沖刷對樁土相互作用的影響規律；進而建立能夠綜合考慮土體液化和樁基沖刷等流固土耦合效應的樁基循環承載力分析方法，為海洋工程樁基結構的設計及安全評估提供科學依據。
結題摘要
海上風能是一種重要的可再生能源，具有儲量豐富、能量密度大、臨近能源消耗中心以及對自然環境影響小等優勢。海上風機是典型的高聳結構，在風浪流等荷載的作用下，風機基礎承受巨大的水平力和彎矩荷載作用，對海上風機基礎的設計提出了極為苛刻的要求。大直徑單樁基礎是海上風機最為常用的基礎型式，占到全球已建成海上風機基礎的70%以上。樁周土體在波浪和海流作用下較易起動，由於樁基擾流導致附近床面剪應力顯著增大，可能在樁基附近誘導產生嚴重的局部沖刷，使得樁基有效埋深減小而荷載力臂增大，極大削弱樁基礎的承載能力。同時，波流誘導的海床內部超靜孔壓回響可使得土體有效應力減小，甚至導致土體發生液化，危及基礎結構安全。因而，局部沖刷深度的準確預測、波流作用下海床孔壓回響規律的合理分析以及沖刷對樁基承載能力的評估，成為海上風電基礎設計中亟待解決的關鍵問題。 通過離心機模型試驗研究，揭示了沖刷對樁土相互作用p-y曲線的影響規律，提出了土體有效深度的概念，用於考慮沖刷對樁基水平承載力的影響。該方法補充了現有工程設計規範中的不足，為海上風機基礎最佳化設計提供了新的依據。在海床液化分析理論方面，將波浪誘導的瞬態孔壓與土體有效應力進行耦合分析，揭示了新的瞬態液化物理機理並推導獲得了液化深度預測的理論解。針對波流共同作用下海床孔壓回響，開展系統實驗研究，發現同向水流有助於土體發生液化，而逆向水流則有助於抑制土體的液化；通過將試驗結果與理論解的系統對比分析，給出了現有理論解的適用範圍。利用PIV測試技術，通過水槽試驗對單獨水流作用下和波流共同作用下單樁周圍的流場進行了實驗測量，初步探明了馬蹄渦強度的演化規律。上述研究成果為系統分析海上風機大直徑單樁基礎的承載性能提供了有力支撐。
