考虑挤土效应的筒型基础下沉稳定性研究

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筒型基础作为近年来一种新型海洋基础形式,由于其成本低、便于安装等特点,得到海上作业平台和防波堤等近海基础工程领域的青睐。筒型基础安装以后的稳定性直接决定其在使用过程中的安全性,而筒型基础的下沉过程则是影响其稳定的关键因素。筒型基础在下沉过程中会产生挤土效应,因此,本文针对筒型基础下沉过程中产生的挤土效应对筒型基础下沉结束后的稳定性影响开展相关研究工作。本文通过造波装置和离心机试验方法,对考虑和不考虑挤土效应的筒型基础在波浪荷载作用下的稳定状态进行研究。然后,通过ABAQUS有限元软件,建立筒型基础三维模型,验证模型的正确性。最后,进行不同频率正弦波作用下以及不同荷载下筒型基础的稳定性数值模拟分析,得出有价值的研究结论。论文的主要工作包括:(1)制作了筒型基础在波浪荷载作用下的相似比模型,通过离心机试验方法对有挤土效应和无挤土效应的筒型基础进行了稳定性研究,记录了试验过程中筒体位移、筒壁土压力以及孔隙水压力,对比试验数据,分析和评价了考虑挤土效应时筒型基础的稳定性。(2)介于离心机试验无法对筒壁土压力在空间上的规律进行详细分析,本文基于ABAQUS有限元软件平台,选取黏土和铝合金材质筒型基础,采用Mohr-Coulomb模型,以无限远处边界为模型边界,筒体和土体之间选用罚函数接触,建立了筒型基础与土体相互作用三维模型。并对静荷载以及周期荷载作用下的筒型基础进行模拟,将数值模拟结果与离心机试验结果进行对比验证。(3)有挤土效应和无挤土效应两种条件下,筒型基础在不同荷载作用下的稳定性数值模拟研究的结果表明:随着静荷载的增加,有挤土效应的筒型基础,其筒体位移与荷载呈线性关系;无挤土效应的筒型基础,其筒体位移与荷载呈折线分布。(4)基于本文建立的三维数值模型,对静荷载作用下筒壁土压力在不同深度处和相同深度不同位置处的分布规律以及土体中的孔隙水压力进行对比研究。结果表明:有挤土效应的筒型基础,其筒壁土压力较大,承载力更高;土体中产生了负孔隙水压力,对土颗粒有吸附作用,使得土体中的有效应力增加,筒体稳定性更好。(5)基于本文建立的三维数值模型,对正弦波荷载作用下筒型基础的筒壁土压力以及土体的孔隙水压力进行对比研究。结果表明:有挤土效应的筒型基础的筒壁土压力更大,受到荷载作用时土体中的孔隙水压力变化更小,筒体稳定性更好。
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