軟土地基桶型基礎(chǔ)循環(huán)承載力研究

研究軟土地基桶型基礎(chǔ)的循環(huán)破壞機(jī)理，通過振動三軸試驗(yàn)與循環(huán)扭剪試驗(yàn)，研究不同應(yīng)力狀態(tài)之間在強(qiáng)度與變形意義上的等效關(guān)系，進(jìn)而建立按照強(qiáng)度與變形、且考慮動靜耦合效應(yīng)并按照三維問題評價軟土地基桶型基礎(chǔ)循環(huán)承載特性的新方法，進(jìn)行軟土地基桶型基礎(chǔ)循環(huán)承載特性的模型試驗(yàn)。研究成果可以為開發(fā)新型海洋工程桶型基礎(chǔ)的設(shè)計新理論與新方法提供基本依據(jù)，同時也可以為進(jìn)一步發(fā)展評價軟土地基桶型基礎(chǔ)循環(huán)承載特性更加先進(jìn)的方法提供可以比較的模型試驗(yàn)依據(jù)。更重要的是，本課題也是對如何正確理解與應(yīng)用循環(huán)荷載作用下土的基本特性、建立評價地基循環(huán)承載力理論進(jìn)行的新探索，能夠促進(jìn)海洋工程技術(shù)設(shè)計理論與方法的提高與創(chuàng)新。 2100433B

內(nèi)容簡介

《軟土地基與深基礎(chǔ)工程》結(jié)合研究生和高年級本科教學(xué)的需要，系統(tǒng)地介紹了軟土地區(qū)，特別是上海地區(qū)軟土工程性質(zhì)和地基基礎(chǔ)工程的基本原理、設(shè)計計算方法和施工技術(shù)等。全書共分7章，主要內(nèi)容包括軟土地基的工程性質(zhì)、軟土地基處理、軟土的動力特性與地基抗震、軟土中的基坑工程、軟土中的深基礎(chǔ)（樁基、沉井和地下連續(xù)墻）、軟土地基與基礎(chǔ)的共同作用、地下水與基礎(chǔ)工程等。

《軟土地基與深基礎(chǔ)工程》可作為土木工程專業(yè)研究生和高年級本科生教材，亦可供其他從事土木工程勘察、設(shè)計、施工和監(jiān)理的專業(yè)技術(shù)人員參考。

裙式吸力桶形基礎(chǔ)是一種新型的海洋工程基礎(chǔ)形式，具有施工方便、造價低和可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn),可作為系泊海上浮動式結(jié)構(gòu)物、海洋油氣平臺的基礎(chǔ)，尤其適合近海海上風(fēng)力發(fā)電塔架的基礎(chǔ)。裙式吸力桶形基礎(chǔ)在海床中的沉貫?zāi)芰κ钦麄€基礎(chǔ)達(dá)到設(shè)計要求，滿足地基基礎(chǔ)設(shè)計承載力和變形控制在允許范圍內(nèi)的重要前提。針對我國典型海床地基如均質(zhì)飽和細(xì)砂、飽和軟土及細(xì)砂組成的層狀土層，以改進(jìn)的沉貫?zāi)Ｐ驮囼?yàn)系統(tǒng)為主要研究手段，結(jié)合理論和數(shù)值模擬分析方法，研究裙式吸力桶形基礎(chǔ)壓貫和吸力沉貫過程中土壓力、孔隙水壓力、沉貫速率、土塞等各參量變化規(guī)律，揭示其沉貫機(jī)理；重點(diǎn)研究滲流及基礎(chǔ)尖端對沉貫阻力的影響；建立沉貫阻力、吸力理論計算公式和吸力控制標(biāo)準(zhǔn)；深入研究基礎(chǔ)在層狀地基中的沉貫機(jī)理，揭示軟土層的影響機(jī)制；確定易于沉貫的裙式吸力桶形基礎(chǔ)幾何比尺。研究成果將對我國海上風(fēng)電工程的地基基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用起到指導(dǎo)作用。

針對所提出的新型海上風(fēng)電吸力基礎(chǔ)—裙式吸力基礎(chǔ)，采用模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究其在砂土、黏性土以及分層土體中沉貫特性，分析沉貫過程中基礎(chǔ)內(nèi)部土塞高度變化規(guī)律，提出裙式吸力基礎(chǔ)沉貫所需吸力及抗拔承載力計算公式。首先開展裙式吸力基礎(chǔ)在砂土中沉貫?zāi)Ｐ驮囼?yàn)，研究表明裙式吸力基礎(chǔ)在砂土中有良好的沉貫性，主桶長徑比為1.0的傳統(tǒng)及裙式吸力基礎(chǔ)最終沉貫深度約為0.89及0.87倍基礎(chǔ)高度；采用僅抽取主桶內(nèi)水體沉貫時，裙式吸力基礎(chǔ)最終沉貫深度最大；沉貫過程中裙式吸力基礎(chǔ)周圍砂土顆粒沿主桶及裙結(jié)構(gòu)外側(cè)壁向下移動，最終涌入基礎(chǔ)內(nèi)部形成土塞。采用有限元方法，分析了裙式吸力基礎(chǔ)沉貫過程中周圍土體滲流場分布?；诨凭€理論和極限平衡理論，提出了吸力基礎(chǔ)在砂土中沉貫所需最大吸力、最小吸力以及臨界吸力的解析公式。然后進(jìn)行模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬，研究裙式吸力基礎(chǔ)在飽和海洋黏性土中沉貫特性，結(jié)果表明相同主桶長徑比下，裙式吸力基礎(chǔ)沉貫阻力較傳統(tǒng)吸力基礎(chǔ)提高44.7%，沉貫所需吸力較傳統(tǒng)吸力基礎(chǔ)高約20%；沉貫結(jié)束時，裙式吸力基礎(chǔ)主桶內(nèi)部土塞高度大于傳統(tǒng)吸力基礎(chǔ)?；陟o力平衡條件，提出了裙式吸力基礎(chǔ)在黏性土中沉貫所需吸力的表達(dá)式。最后，開展吸力基礎(chǔ)在分層土體中沉貫研究。研究發(fā)現(xiàn)分層土中裙式吸力基礎(chǔ)沉貫所需吸力大于單一土層情況（黏性土或砂土）；層狀土中主桶內(nèi)部土體等勢線分布密集且斜率較小外側(cè)等勢線分布稀疏且斜率較大沉貫中水頭損失主要集中在主桶內(nèi)部。當(dāng)基礎(chǔ)穿越砂土進(jìn)入粘性土層時砂土中等勢線分布變稀疏水頭損失變小。對于上層為黏性土下層為砂土情況，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)基礎(chǔ)內(nèi)部吸力過大時，黏性土層將產(chǎn)生裂隙；當(dāng)“裙”結(jié)構(gòu)高度小于上層土厚度時，裙式吸力基礎(chǔ)沉貫特性與傳統(tǒng)吸力基礎(chǔ)一致。最后得到裙式吸力基礎(chǔ)在層狀土中沉貫沉貫所需吸力計算公式。本研究所得規(guī)律可為我國海上風(fēng)力發(fā)電工程提供必要的科學(xué)依據(jù)，具有重要的工程應(yīng)用價值。