桩基承台结构的波流力研究进展

我国近海风电场建设大多采用桩基承台结构．总结了不规则波浪和水流共同作用下桩基承台结构的波流力物理模型实验结果,得到了群桩效应系数及其变化规律,讨论了作用于近水面承台底部的波浪拍击力;从理论上分析了规则波作用下承台对桩基波浪力的影响;建立了规则波与桩基承台相互作用的数值模型,揭示了波浪在承台的上浪与爬高及其水动力特征．鉴于桩基承台结构包含多个斜桩和较大尺度的承台,在波浪与水流作用下该结构物附近的流场结构十分复杂,有必要针对结构附近的流动结构以及自由表面大变形开展细致的实验和数值模拟研究,以进一步揭示作用于这类结构的波流力变化规律及其机理.     

波浪作用下临海基坑非等长双排钢板桩受力性状研究

临海基坑工程考虑波浪作用影响,常采用非等长双排钢板桩进行支护,现有双排桩计算模型不适用于此类结构内力变形的计算.为探究波浪作用对此类支护结构内力变形的影响,根据其受荷及布置特点,对现有计算模型中桩土作用力计算方法、前后排桩土压力分配模式及约束形式进行改进,提出非等长双排钢板桩计算模型,与有限元结果进行对比验证,并分析波浪作用对非等长双排钢板桩结构内力变形的影响规律.结果表明:(1)无波浪作用时,基坑侧(前)排桩的弯矩峰值约为临海侧(后)排桩的2倍,前、后排桩弯矩分别呈“抛物线”和“S”型分布;(2)无波浪作用时,前、后排桩水平位移峰值相等且均出现在桩顶,分别呈“对数函数”与“线性函数”型分布;(3)波峰作用下,前、后排桩弯矩及水平位移变化规律与无波浪作用时基本一致,但弯矩及水平位移最大值分别增大121%和87%左右;(4)波谷作用下,前、后排桩弯矩及水平位移最大值显著减小,但两者分布规律相较于无波浪作用时亦无较大差异.     

新型锚管构架在边坡加固中的应用

针对边坡病害治理工程往往存在工期紧、施工场地受限等特点,研究了一种用于边坡加固的新型结构,即锚管构架。介绍了锚管构架的组成和特点,基于Winkler理论,建立了锚管构架的力学计算模型,并编制了弹性杆系有限元计算程序。将锚管构架应用于西气东输管道沿线某填土边坡的病害治理中,结果表明,按照Winkler理论建立的计算模型较好的反映了锚管构架实际的受力和变形形态,输气管道的安全运营得到了保障。     

求解几何非线性桩-土耦合系统的微分求积单元法

将桩-土系统看成在土层中嵌入了一根等圆截面桩的空间轴对称弹性体,在几何非线性的条件下建立了具有间断性条件的桩-土系统的非线性控制方程,并运用微分求积方法(DQEM)来求解了该问题.提出了利用DQEM求解非线性空间轴对称问题中处理单元之间连接条件(包括间断性条件)及边界条件的离散化方法,最终得到了一组离散化的非线性DQEM代数方程,运用Newton-Raphson迭代方法求解非线性代数方程组可以得到每个节点处的位移,进一步可以得到系统的应力和应变.给出了两个数值算例,并与有限元解进行了比较,它们是非常吻合的.将看到,由于在采用DQEM求解时只布置了较少的节点,因此,该文方法具有较小的计算工作量、较高的精度、良好的收敛性以及应用广泛等优点.该文提出的处理连接条件的方法是一个一般的方法,由于它在数学上遵循了求解边值问题的思路,因此,数学上也是严谨的.     

桩侧扰动分区饱和土中桩竖向振动特性研究

考虑沉桩过程中桩周土受到扰动产生软化或硬化的现象,建立了饱和土中径向分区桩竖向振动简化模型,通过分离变量方法,得到了桩竖向振动频域解析解和时域半解析解。分析了分区土对桩竖向振动特性的影响,数值计算结果表明,土层模量比、分区半径和桩底支承系数对桩竖向振动有较明显的影响。研究结果还表明,在较强的振动作用下,由于分区软化或强...     

近海风电结构台风环境动力灾变与控制

开发海上风能是实现我国碳达峰、碳中和“3060”目标的重要举措.海上风电的大型化是降本增效的主要途径,已成为近年来的发展趋势.目前海上风电基础结构设计标准由欧洲领衔;区别于欧洲的海洋环境与地质条件,我国海上风电结构面临强台风、软弱土等挑战,极易发生动力灾变,大型化可能进一步加剧风电结构灾变风险.防灾降载的关键在于深入理解海上风电相关的空气动力学、水动力学、结构动力学、土动力学等的一体化耦合与智能控制.本文围绕台风环境风机动力灾变与控制相关领域的交叉力学问题,结合笔者团队近年研究成果,较为详细地评述了国内外最新研究进展情况,主要包括:台风风场及其诱发的波浪场工程尺度性状,台风环境中风机气动、水动载荷及智能控制策略,风浪流多向载荷联合作用下基础失效模式与结构灾变机制,以及考虑风浪流-结构-基础-海床-风机控制耦合作用的一体化分析设计方法.在此基础上,建议了我国海上风电大型化进程中仍有待突破的研究重点:需更深入掌握台风风场工程尺度性状、台风和台风浪载荷特性,需探索台风环境中的风机控制策略,亟需建立台风环境中大型海上风电整机一体化设计理论并开发国产化工业软件.上述相关领域的突破,对于我国实现海...     

三维轴对称基桩动力特性研究

针对目前基桩动力特性研究中把桩视为一维杆件的缺陷,采用三维轴对称模型,对基桩的动力响应进行了更深入研究,并与一维杆件模型结果进行了对比. 结果表明桩的长径比对桩振动的固有频率有影响,只在不考虑桩的高阶固有频率时,把桩视为一维杆件进行计算分析是可行的;若只考虑前四阶固有频率,则只要桩的长径比大于3即可;桩-土刚度对桩振动的第一、二阶固有频率有较大的影响,提出了由第一、二阶固有频率反算求出桩-土刚度,进而求出桩的承载力的方法.     

单桩沉降可靠度的配点谱随机有限元分析

基于配点的谱随机有限元方法(CSFEM)可以实现随机分析与确定性有限元分析的解耦,并通过采样,重复多次确定性有限元分析,从而得到随机有限元的解.本文以处于粘土中的柔性单桩为例,用CSFEM 方法对线性土弹簧及非线性土弹簧时的单桩沉降进行随机有限元分析,计算了沉降可靠度指标,并与蒙特卡罗模拟的结果对比.算例结果显示,CS...     

成桩后黏性土中超孔压和有效应力试验研究

针对预制桩沉桩挤土效应问题,采用现场原位试验和数值模拟方法,分析了桩土界面超孔压和竖向有效应力随时间的变化规律,并应用水力压裂理论、孔穴扩张理论和修正剑桥(modified Cam-clay, MCC) 模型,揭示了成桩后桩周土体固结过程的超孔压沿桩长的分布形式。结果表明：桩周超孔压大小同孔压与传感器入土深度成正比;在外载荷作用下,黏性土中超孔压和竖向有效应力分别随时间呈“增–减–平”和“平–增–平”的三段式变化趋势;成桩后约25天,超孔压基本消散完毕,竖向有效应力趋于稳定最大值;基于修正理论公式的数值模型得出,不同载荷下,桩侧中下部出现负超孔压,距桩的水平距离和距桩端竖向距离越小,超孔压越大。可为同类静压沉桩挤土效应问题提供参考依据。