软黏土地基浅基础上拔特性试验研究

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浅基础通常指埋深小于宽度或直径的基础,已广泛应用于海上石油和天然气领域,如防沉板基础和裙板式基础通常用于支撑重力式结构或海底基础设施,裙板式基础甚至由于其优异的抗拔承载性能被用作浮式结构的锚固基础。这些特殊的应用场景使浅基础通常会因浮力、倾覆力矩或回收过程而受到上拔荷载。当位于软黏土海床的浅基础受到上拔荷载时,基础底部的土体中会产生负超孔压。负超孔压所表现出的吸力可以提高基础的抗拔承载性能,增加其稳定性,同时也增加了基础的回收难度。为了发挥基底吸力增加基础抗拔性能的优势,同时减小基底吸力在基础回收过程产生的不利影响,需要对基底吸力的生消机理和分布情况进行充分研究。论文的第一部分针对防沉板基础在单调加载作用下基底吸力的产生、发展、消散和分布以及基础的抗拔承载性能展开研究,通过一系列室内模型试验模拟了防沉板基础的上拔过程。研究了上拔速度、土强度、土体非均质度系数和固结度对基底吸力和基础抗拔承载力的影响。试验结果表明,防沉板基础的抗拔承载力由基底吸力提供,上拔速度减小4个量级,基底吸力减小约43%,基础的抗拔承载力和基底吸力与基础上拔过程的排水条件有关。随着非均质度系数和固结度的增加,基础抗拔承载力系数基本呈线性增加。基底吸力的分布与距基础中心的距离有关,越靠近基础中心,基底吸力越大且在上拔过程中消失越晚,因此通过在基础中心及附近开孔可以更有效地减小基底吸力。论文的第二部分针对裙板式基础在持续或循环上拔荷载作用下的抗拔承载特性展开研究,通过一系列室内模型试验研究了裙板式基础在持续或循环上拔荷载作用下的长期稳定性。主要研究的因素有裙板长度、荷载种类(单调加载、持续或循环上拔荷载)以及荷载大小。试验结果表明,裙板式基础的基底吸力占抗拔承载力的80%以上;当荷载较小时,基础能在持续或循环上拔荷载作用下保持稳定,不产生位移;当荷载较大时,基础以一定速率被拔出。持续或循环上拔荷载作用下,不同长径比基础的失稳荷载和失效荷载不同,增加裙板长度可以显著提高基础的长期抗拔稳定性。通过对基础周围土表面裂缝的监测,发现基础在持续或循环上拔荷载作用下的失效与基础周围环向裂缝的发展有关。
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