【摘 要】
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桶形基础具有承载能力优良、经济成本较低并且适合于软黏土地基的特点,目前已经逐渐应用于各类海岸及近海工程结构物中。同时,多桶基础和带内隔舱的桶形基础也逐渐成为了海上风机等需承受较大力矩向荷载结构物基础的发展趋势。因此,对于多桶基础和带内隔板的桶形基础的贯入安装过程和承载能力进行研究是十分必要的。桶形基础的贯入安装过程通常可以分为两个阶段,即自重贯入阶段和按压(吸力辅助)贯入阶段。一方面,按压和吸力辅
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桶形基础具有承载能力优良、经济成本较低并且适合于软黏土地基的特点,目前已经逐渐应用于各类海岸及近海工程结构物中。同时,多桶基础和带内隔舱的桶形基础也逐渐成为了海上风机等需承受较大力矩向荷载结构物基础的发展趋势。因此,对于多桶基础和带内隔板的桶形基础的贯入安装过程和承载能力进行研究是十分必要的。桶形基础的贯入安装过程通常可以分为两个阶段,即自重贯入阶段和按压(吸力辅助)贯入阶段。一方面,按压和吸力辅助这两种不同的安装方式对于基础排开土体的流动趋势、基础内部的土体壅高以及基础的贯入阻力都可能造成影响。另一方面,多桶基础中基础间的相互作用以及带内隔板的桶形基础中内隔板的存在也同样会对土体流动、土体软化以及贯入阻力等造成影响。此外,基础贯入安装过程中产生的土体壅高和土体软化也会影响其后续的承载能力,导致基础的承载能力低于埋置式基础的承载能力。基于上述分析,本文针对四桶基础和带十字形内隔板的桶形基础的贯入安装过程和安装后的承载能力进行了一系列研究,主要包括:(1)针对桶形基础贯入过程的大变形问题,本文利用Abaqus中的CEL、SPH和ALE等大变形有限元方法,并结合土体应变软化和率效应模型实现了对桶形基础贯入安装过程的模拟;针对桶形基础贯入安装与承载力计算的衔接问题,本文建立了土体自由表面捕捉方法和土体强度插值方法,实现了土体形状和强度由大变形的欧拉土体模型到小变形拉格朗日模型的转换;针对桶形基础在位承载力的评价问题,本文采用破坏包络面方法进行评估,并引入神经网络方法进行预测。(2)采用小变形有限元方法,对埋置式四桶基础三个方向的极限承载力进行了计算,确定了不同荷载方向时的最优桶间距及对应的承载力计算公式,并在此基础上给出了非最优桶间距时的承载力计算公式,最后建立了可以预测四桶基础承载力的神经网络结构。(3)基于CEL方法,针对四桶基础按压式贯入过程进行了分析,对贯入过程中土体的流动情况、土体壅高以及软化区域的分布进行了研究,并在考虑土体应变软化效应和应变率效应的情况下研究了贯入过程中的贯入阻力,给出了其简化计算公式。(4)基于CEL方法,对带十字形内隔板桶形基础按压式贯入过程进行了充分的研究,考察了土体强度不均匀程度、土体灵敏度、土体相对延性、土体刚度系数、基础壁厚比等参数,对土体流动、土体壅高、土体软化和贯入阻力等进行了分析,给出了考虑土体应变软化效应和应变率效应时带十字形内隔板桶形基础的贯入阻力公式。(5)以防沉板基础按压式下沉的算例为例,对CEL、SPH和ALE等大变形方法进行了对比,然后分别采用SPH方法和ALE方法,选取合适算例对桶形基础吸力式安装过程进行了进一步的分析,对比了吸力式安装方式与按压式安装方式在桶内土体壅高以及贯入阻力方面的区别。(6)在考虑基础贯入安装过程对承载力的影响的情况下计算了四桶基础和带十字形内隔板桶形基础的承载能力,考察了壅高和软化对桶形基础承载力的影响,建立了考虑桶形基础贯入影响时的承载力计算方法。
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