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吸力式斜壁桶形基础作为一种新型的海上构筑物基础型式,是吸力式直壁桶形基础的改进型式。其结构类似底端开口顶端封闭的倒置圆桶,但其下端直径相对于上端直径略大,利用负压进行下沉安装。相比于吸力式直壁桶形基础,斜壁桶形基础能够更好地发挥桶土联合作用提供较大的承载力,从而有效地节约工程造价。因此,近年来国内外开始逐渐重视对吸力式斜壁桶形基础的理论研究与工程应用。目前国内外学者通过模型试验、数值计算及理论分析等技术手段对吸力式直壁桶形基础的承载特性和破坏机制进行了大量的研究工作,而对于吸力式斜壁桶形基础的承载特性和失稳模式开展的研究工作相对较少。鉴于海上构筑物基础的三维复合受力特点,有必要针对单调荷载作用及复合加载模式下吸力式斜壁桶形基础结构的地基破坏机制和承载力特性,开展系统深入的理论分析和数值计算等方面的研究,这将为斜壁桶形基础在我国海洋工程中的推广应用提供理论依据和技术储备。因此,本论文着重围绕单调及复合加载模式下饱和均质软土地基上吸力式斜壁桶形基础结构的地基失稳破坏机理和承载力特性进行了比较深入的研究,论文的主要研究工作包括以下方面:
1.基于大型有限元软件ABAQUS,充分考虑桶土之间的相互接触作用,建立了饱和均质软黏土地基上斜壁桶形基础的三维弹塑性有限元数值分析模型。在此基础上,进行了大量的对比计算与分析。细致地探讨了斜壁桶形基础极限承载力与桶壁斜率和桶体长径比之间的依赖关系;详细地讨论了吸力式斜壁桶形基础各单项极限承载力对土体参数及荷载作用高度的敏感性;同时基于极限平衡理论,针对吸力式斜壁桶形基础推导并验证了竖向极限承载力和水平极限承载力的理论计算公式。
2.针对竖向荷载、水平荷载和力矩荷载不同组合的复合加载模式下的斜壁桶形基础的承载力特性,采用Swipe位移加载方法和固定位移比法进行了有限元数值计算,搜寻了Ⅴ-H、Ⅴ-M及H-M荷载平面上的破坏包络线,讨论了桶壁斜率对各荷载空间包络线的影响。