留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

粉砂地基中复合筒型基础水平承载特性研究

李文轩 范开放 刘永刚 朱洵

李文轩,范开放,刘永刚,等. 粉砂地基中复合筒型基础水平承载特性研究[J]. 水利水运工程学报,2023(2):87-95. doi:  10.12170/20220426003
引用本文: 李文轩,范开放,刘永刚,等. 粉砂地基中复合筒型基础水平承载特性研究[J]. 水利水运工程学报,2023(2):87-95. doi:  10.12170/20220426003
(LI Wenxuan, FAN Kaifang, LIU Yonggang, et al. Horizontal bearing characteristics of composite bucket foundation of offshore wind turbines in silty sand[J]. Hydro-Science and Engineering, 2023(2): 87-95. (in Chinese)) doi:  10.12170/20220426003
Citation: (LI Wenxuan, FAN Kaifang, LIU Yonggang, et al. Horizontal bearing characteristics of composite bucket foundation of offshore wind turbines in silty sand[J]. Hydro-Science and Engineering, 2023(2): 87-95. (in Chinese)) doi:  10.12170/20220426003

粉砂地基中复合筒型基础水平承载特性研究

doi: 10.12170/20220426003
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2021YFB2600700);国家自然科学基金资助项目(51879167);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(Y321008)
详细信息
    作者简介:

    李文轩(1989—),男,河南商丘人,博士,主要从事土工数值分析、土与结构相互作用研究。E-mail:liwenxuan203@163.com

    通讯作者:

    朱 洵(E-mail:18913013229@163.com

  • 中图分类号: TU433

Horizontal bearing characteristics of composite bucket foundation of offshore wind turbines in silty sand

  • 摘要: 为揭示粉砂地基中海上风电筒型基础水平承载特性,采用有限元法进行数值建模,并利用离心模型试验结果进行对比验证。研究结果表明:荷载前侧筒壁纵向土压力呈拱形分布,荷载后侧筒壁纵向土压力呈三角形分布,垂直加载时侧筒壁纵向土压力接近静止土压力,且随着荷载的增加,纵向土压力非线性分布愈明显;筒壁径向土压力与cosθθ为水平投影平面上计算点与基础中心连线与荷载方向的夹角)呈线性关系,随着荷载的增加,二者间亦逐渐呈非线性变化;随着荷载的增加,基础转动中心向上方和加载方向移动,达到极限承力时,转动中心的深度大致位于筒体底端附近;长径比不影响转动中心的运动规律,且长径比对转动中心竖向位置的影响远大于水平位置。研究结果可为基础结构的优化设计提供参考。
  • 图  1  复合筒型基础结构型式

    Figure  1.  Structure style of composite bucket foundation

    图  2  筒型基础示意(单位:mm)

    Figure  2.  Schematic graph of foundation dimensions (unit: mm)

    图  3  复合筒型基础有限元模型

    Figure  3.  Finite element model of composite bucket foundation

    图  4  复合筒型基础离心模型试验结果与数值分析结果对比

    Figure  4.  Comparison of the centrifugal test results and numerical calculation results

    图  5  地基土体变形矢量

    Figure  5.  Deformation vector diagram of foundation soil

    图  6  地基土体等效塑性应变

    Figure  6.  Equivalent plastic strain of foundation soil

    图  7  复合筒型基础筒壁竖向土压力分布

    Figure  7.  Vertical earth pressure distribution on the side wall of composite bucket foundation

    图  8  复合筒型基础筒壁径向土压力分布

    Figure  8.  Radial earth pressure distribution on the side wall of composite bucket foundation

    图  9  复合筒型基础筒底沉降量分布

    Figure  9.  Settlement distribution at the bottom of composite bucket foundation

    图  10  复合筒型基础筒底土压力分布

    Figure  10.  Earth pressure distribution at the bottom of composite bucket foundation

    图  11  基础转动中心变动轨迹

    Figure  11.  Movement of the rotation center of the foundation

    图  12  不同长径比复合筒型基础承载力的对比

    Figure  12.  Comparison of bearing capacity of composite bucket foundation with different L/D

    图  13  复合筒型基础转动中心对比

    Figure  13.  Comparison of rotation center of composite bucket foundation with different L/D

    表  1  土质参数

    Table  1.   Parameters of soil

    c/kPaφRfKnKur/kPacdndRd
    433.00.855179.10.66358.20.008 50.785 40.809
      注:表中c为黏聚力;φ为摩擦角;Rf为破坏比;Kn为模型参数,通过三轴试验数据拟合得到;Kur为回弹体积模量;cd为围压,为标准大气压强时最大收缩体应变;nd为收缩体应变随围压增加的幂次;Rd为发生最大收缩时的偏应力和极限偏应力之比。
    下载: 导出CSV
  • [1] ZHANG P Y, LIANG D S, DING H Y, et al. Floating state of a one-step integrated transportation vessel with two composite bucket foundations and offshore wind turbines[J]. Journal of Marine Science and Engineering, 2019, 7(8): 263. doi:  10.3390/jmse7080263
    [2] 李文轩. 海上风电复合筒型基础水平承载特性研究[D]. 南京: 南京水利科学研究院, 2018.

    LI Wenxuan. Horizontal bearing characteristics of composite bucket foundation for offshore wind turbine[D]. Nanjing: Nanjing Hydraulic Research Institute, 2018. (in Chinese)
    [3] Det Norske Veritas. Design of offshore wind turbine structures: DNV-OS-J101[S]. Norway: Computer Typesetting (FM+SGML) by det Norske Veritas, 2007.
    [4] 国家能源局. 海上风电场工程风电机组基础设计规范: NB/T 10105—2018[S]. 北京: 中国水利水电出版社, 2018.

    National Energy Bureau of the People’s Republic of China. Code for design of wind turbine foundations for offshore wind power projects: NB/T 10105—2018[S]. Beijing: China Water Power Press, 2018. (in Chinese)
    [5] PARK J S, PARK D. Vertical bearing capacity of bucket foundation in sand overlying clay[J]. Ocean Engineering, 2017, 134: 62-76. doi:  10.1016/j.oceaneng.2017.02.015
    [6] FU D, GAUDIN C, TIAN Y, et al. Post-preload undrained uniaxial capacities of skirted circular foundations in clay[J]. Ocean Engineering, 2018, 147: 355-369. doi:  10.1016/j.oceaneng.2017.10.029
    [7] DING H Y, HU R Q, ZHANG P Y, et al. Load bearing behaviors of composite bucket foundations for offshore wind turbines on layered soil under combined loading[J]. Ocean Engineering, 2020, 198: 106997. doi:  10.1016/j.oceaneng.2020.106997
    [8] 刘润, 祁越, 李宝仁, 等. 复合加载模式下单桩复合筒型基础地基承载力包络线研究[J]. 岩土力学,2016,37(5):1486-1496 doi:  10.16285/j.rsm.2016.05.033

    LIU Run, QI Yue, LI Baoren, et al. Failure envelopes of single-pile composite bucket foundation of offshore wind turbine under combined loading conditions[J]. Rock and Soil Mechanics, 2016, 37(5): 1486-1496. (in Chinese) doi:  10.16285/j.rsm.2016.05.033
    [9] 张浦阳, 魏宇墨, 校建东, 等. 复合筒型基础在粉土中的抗扭承载特性研究[J]. 太阳能学报,2021,42(9):270-278 doi:  10.19912/j.0254-0096.tynxb.2019-0870

    ZHANG Puyang, WEI Yumo, XIAO Jiandong, et al. Torsional bearing capacity of composite bucket foundation in silty sand[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2021, 42(9): 270-278. (in Chinese) doi:  10.19912/j.0254-0096.tynxb.2019-0870
    [10] LIU R, YUAN Y, FU D F, et al. Numerical investigation to the cyclic loading effect on capacities of the offshore embedded circular foundation in clay[J]. Applied Ocean Research, 2022, 119: 103022. doi:  10.1016/j.apor.2021.103022
    [11] 杜杰, 丁红岩, 刘建辉, 等. 筒型基础有限元分析的土体边界选取研究[J]. 海洋技术,2005,24(2):109-113

    DU Jie, DING Hongyan, LIU Jianhui, et al. Research on boundary selection of soil of bucket foundation with finite element analysis[J]. Ocean Technology, 2005, 24(2): 109-113. (in Chinese)
    [12] 马鹏程, 刘润, 张浦阳, 等. 黏土中宽浅式筒型基础筒土协同承载模式研究[J]. 土木工程学报,2019,52(4):88-97 doi:  10.15951/j.tmgcxb.2019.04.008

    MA Pengcheng, LIU Run, ZHANG Puyang, et al. Bucket-soil cooperative bearing capacity analysis of shallow buried bucket foundation in clay[J]. China Civil Engineering Journal, 2019, 52(4): 88-97. (in Chinese) doi:  10.15951/j.tmgcxb.2019.04.008
    [13] 刘永刚, 丁红岩, 张浦阳. 淤泥质黏土中复合筒型基础水平承载力试验研究[J]. 岩土工程学报,2016,38(12):2315-2321 doi:  10.11779/CJGE201612022

    LIU Yonggang, DING Hongyan, ZHANG Puyang. Model tests on bearing capacity of composite bucket foundation in clay[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2016, 38(12): 2315-2321. (in Chinese) doi:  10.11779/CJGE201612022
    [14] 蒋敏敏, 蔡正银, 肖昭然, 等. 黏土中箱筒型基础防波堤静力失稳破坏模式和承载力研究[J]. 岩土工程学报,2020,42(4):642-649

    JIANG Minmin, CAI Zhengyin, XIAO Zhaoran, et al. Failure modes and bearing capacity of composite bucket foundation breakwater in clay[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2020, 42(4): 642-649. (in Chinese)
    [15] 蔡正银, 王清山, 关云飞, 等. 分舱板对海上风电复合筒型基础承载特性的影响研究[J]. 岩土工程学报,2021,43(4):751-759

    CAI Zhengyin, WANG Qingshan, GUAN Yunfei, et al. Influences of bulkheads on bearing characteristics of composite bucket foundation of offshore wind turbines[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2021, 43(4): 751-759. (in Chinese)
    [16] YAN Z, FU D F, ZHANG B H, et al. Large-scale laboratory tests of a new type of bucket foundation in sand subjected to vertical loading[J]. Applied Ocean Research, 2020, 97: 102072. doi:  10.1016/j.apor.2020.102072
    [17] 朱斌, 应盼盼, 邢月龙. 软土中吸力式桶形基础倾覆承载性能离心模型试验[J]. 岩土力学,2015,36(增刊1):247-252 doi:  10.16285/j.rsm.2015.S1.042

    ZHU Bin, YING Panpan, XING Yuelong. Centrifuge model test on suction caisson foundation in soft clay subjected to lateral loads[J]. Rock and Soil Mechanics, 2015, 36(Suppl1): 247-252. (in Chinese) doi:  10.16285/j.rsm.2015.S1.042
    [18] 周超, 寇海磊, 闫正余, 等. 砂土地基中箱筒型防波堤基础稳定性试验研究与机理分析[J]. 海洋工程,2021,39(6):47-56 doi:  10.16483/j.issn.1005-9865.2021.06.006

    ZHOU Chao, KOU Hailei, YAN Zhengyu, et al. Experimental study and mechanism analysis on stability of box-and-barrel breakwater foundation in sandy soil[J]. The Ocean Engineering, 2021, 39(6): 47-56. (in Chinese) doi:  10.16483/j.issn.1005-9865.2021.06.006
    [19] 汪嘉钰, 刘润, 陈广思, 等. 海上风电宽浅式筒型基础竖向极限承载力上限解[J]. 太阳能学报,2022,43(3):294-300

    WANG Jiayu, LIU Run, CHEN Guangsi, et al. Upper bound solution limit analysis of vertical bearing capacity of shallow bucket foundation for offshore wind turbines[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2022, 43(3): 294-300. (in Chinese)
    [20] 杨立功, 蔡正银, 徐志峰. 新型桶式基础防波堤桶体阻力分析[J]. 岩土工程学报,2016,38(4):747-754 doi:  10.11779/CJGE201604021

    YANG Ligong, CAI Zhengyin, XU Zhifeng. Numerical analysis of bucket resistance of new bucket foundation breakwater[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2016, 38(4): 747-754. (in Chinese) doi:  10.11779/CJGE201604021
    [21] 蔡正银, 杨立功, 关云飞, 等. 新型桶式基础防波堤单桶桶壁土压力数值分析[J]. 水利水运工程学报,2016(5):39-46 doi:  10.16198/j.cnki.1009-640X.2016.05.006

    CAI Zhengyin, YANG Ligong, GUAN Yunfei, et al. Numerical analysis of soil pressure on single bucket wall of new bucket foundation breakwater[J]. Hydro-Science and Engineering, 2016(5): 39-46. (in Chinese) doi:  10.16198/j.cnki.1009-640X.2016.05.006
    [22] 李文轩, 曹永勇. 海上筒型基础的筒壁土压力计算[J]. 水利水运工程学报,2018(3):65-70 doi:  10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.03.009

    LI Wenxuan, CAO Yongyong. Earth pressure calculation for bucket wall of offshore bucket foundation[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018(3): 65-70. (in Chinese) doi:  10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.03.009
  • [1] 张融圣, 刘寒秋, 朱嵘华, 田振亚, 孙香.  考虑长径比及冲刷的单桩基础侧向承载特性分析 . 水利水运工程学报, 2023, (): 1-10. doi: 10.12170/20220419001
    [2] 杜雪芳, 李彦彬, 张修宇.  黄河下游生态型引黄灌区水资源承载力研究 . 水利水运工程学报, 2020, (2): 22-29. doi: 10.12170/20200209001
    [3] 韩吉伟, 刘晓明, 杨月红, 黎冰, 鲍安琪.  考虑土体强度空间变异性的单桩水平承载力研究 . 水利水运工程学报, 2020, (6): 108-114. doi: 10.12170/20200424001
    [4] 陈灿明, 何建新, 苏晓栋, 王曦鹏, 黄卫兰.  加翼桩水平承载力计算方法研究 . 水利水运工程学报, 2018, (4): 1-8. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.04.001
    [5] 李文轩, 曹永勇.  海上筒型基础的筒壁土压力计算 . 水利水运工程学报, 2018, (3): 65-70. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.03.009
    [6] 张峰, 王旭东, 周峰, 成建阳.  单桩水平承载力鲁棒性设计与分析 . 水利水运工程学报, 2017, (3): 71-78. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.03.010
    [7] 蔡正银, 杨立功, 关云飞, 黄英豪.  新型桶式基础防波堤单桶桶壁土压力数值分析 . 水利水运工程学报, 2016, (5): 39-46.
    [8] 王元战, 贺林林.  离岸深水全直桩码头水平承载力简化计算 . 水利水运工程学报, 2014, (5): 14-21.
    [9] 岳喜兵, 江舜武, 王宝善, 邓永锋.  强夯地基垫层厚度对承载力与变形模量的影响 . 水利水运工程学报, 2014, (6): 84-90.
    [10] 傅中志, 王占军, 陈生水.  潜没式高趾墙土压力与稳定计算方法 . 水利水运工程学报, 2014, (3): 1-8.
    [11] 李炜, 黄旭, 赵生校, 周永, 王淡善.  海上风机基础大直径加翼单桩常重力模型试验数值仿真 . 水利水运工程学报, 2013, (4): 6-11.
    [12] 李炜,郑永明,孙杏建,罗金平,赵生校.  加装稳定翼的海上风电大直径单桩基础数值仿真 . 水利水运工程学报, 2012, (3): 56-63.
    [13] 顾培英,邹庆,邓昌,汤雷.  饱和粉砂土中压力分散型锚杆摩阻力试验 . 水利水运工程学报, 2009, (2): -.
    [14] 李士林,徐光明.  单锚板桩结构码头离心模型试验研究 . 水利水运工程学报, 2008, (1): 67-72.
    [15] 洪昌华,龚晓南.  基于稳定分析法的碎石桩复合地基承载力的可靠度 . 水利水运工程学报, 2000, (1): -.
    [16] 蒋明镜,沈珠江.  考虑材料软化特性的地基承载力分析计算 . 水利水运工程学报, 1996, (1): -.
    [17] 方永凯.  碎石桩复合地基承载力的现场测试 . 水利水运工程学报, 1992, (2): -.
    [18] 张维秀,盛崇文.  重力式码头地基承载力可靠性分析 . 水利水运工程学报, 1991, (2): -.
    [19] 陈振建,盛崇文.  满堂加固碎石桩地基承载力 . 水利水运工程学报, 1987, (3): -.
    [20] 盛崇文.  软土地基用碎石桩加固后的极限承载力计算 . 水利水运工程学报, 1980, (2): -.
  • 加载中
图(13) / 表 (1)
计量
  • 文章访问数:  19
  • HTML全文浏览量:  14
  • PDF下载量:  12
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-26
  • 网络出版日期:  2023-03-21
  • 刊出日期:  2023-04-15

/

返回文章
返回