波浪荷载作用下桶形基础循环承载力数值模拟

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桶形基础采油平台三维有限元稳定性计算分析

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词：桶形基础；Ｃ２Ｂ采油平台；稳定性；三维有限元Ｂ０文献标识码：Ａ
中图分类号：Ｔ５．ｕ７３６
Ｔｈ．ｆｎｔｌｍｅｔａａｙｉｏｔｂｌｙｏｅ３Ｄｉｅｅｎｎｌｓｓｆａｉｔｆｉｅｓｉｐａｏｍｉｈｂｕｋｔｆｕｎｄｉｌｔｒｗｔｃｅｏｆａｔｏｎ
摘
要：采用三维有限元计算方法对Ｃ２Ｂ桶形基础海上采油平台进行了稳定性计算分析。平台工作期间在外部荷载如风Ｂ０
力、波浪、冰力、海流等作用下，其抗倾、抗滑稳定性不仅与平台的整体结构有关，而且和海底土体的力学特性以及结构与
土体的相互作用密切相关。分析结果表明Ｃ２Ｂ桶形基础平台在设计条件下运行是较为稳定的。Ｂ０
２ＯｆｈｒｎｉｅｒｎｎｅｈｏｏｙＲｅｅｒｈＤｉｉｉｎｏｉｌｇＴｃｎｌｇｓｒｈＩｓｉｔ，．ｆｏｅＥｇｎｅｉｇａｄＴｃｎｌｇｓａｃｖｓｏｆｓＤｒｌｎｅｈｏｏｙＲｅｅｃｎｔｔｅｉａｕ
ＹｎｉｌｇＷａｇＳｕｆ１Ｋｎｉ－ｅｌＹａｉｎｘｎＬｈａ２ＷａｇＱｕｎａｇＪａｉ ’ －ｎｎｈ－ｏｇＬｎｗｉａｇｕｎＪａ－ｉ’ ｉＺｉｎｕ－ｎａ２
（．ｅａｏａｒｆｏｋｎｉＭｅｈｎｃ，ＩｓｔｔｆｏｋａｄＳｉＭｅｈｎｃ，ｈｎｓＡａｅｆｃｅｃｓＷｕａ４０７，Ｃｉａ１ＫｙＬｂｒｔｙｏｃｄｓｌｃａｉｓｎｔｕｅｃｎｏｌｃａｉＣｉｅｅｃｄｍｙｏｉｅ．ｏＲａｏｉｏＲｓＳｎｈｎ３０Ｉｈｎ：

V_H_T荷载空间内海上风机桶形基础破坏包络面特性分析

第43卷第4期2010年4月土　木　工　程　学　报CH I NA C I V I L ENG I NEER I NG J O URNALVol .43Ap r . No .42010基金项目:国家自然科学基金项目(50909048、50639010)、鲁东大学博士科研启动项目(LY20075602、LZ20085604)作者简介:范庆来,博士,副教授收稿日期:2008207224V 2H 2T 荷载空间内海上风机桶形基础破坏包络面特性分析范庆来1,2　栾茂田2(1.鲁东大学,山东烟台264025;2.大连理工大学,辽宁大连116024)摘要:与海上采油平台的基础不同,用于海上风力发电机的吸力式桶形基础不但承受着上部结构所传来的竖向荷载V 、风浪等引起的水平荷载H ,还承受着叶片等旋转机构传来的扭矩T 。

在s wi pe 加载方法和固定位移比加载方法的基础上,建议了荷载2位移联合搜索方法。

采用该方法对于桶形基础在V 2H 、V 2T 、H 2T 荷载平面内以及V 2H 2T 非共面复合加载条件下的稳定性进行了三维有限元数值分析,得到了V 2H 2T 荷载空间内的破坏包络面。

由此可根据实际的受力状态与该破坏包络面之间的相对关系,评价实际荷载状态下海上风力发电机桶形基础的稳定性。

关键词:海上风力发电机;桶形基础;破坏包络面;稳定性;复合加载中图分类号:T U375.4 文献标识码:A 文章编号:10002131X (2010)0420113206Fa ilure envelopes of bucket founda ti on for offshore w i n dturb i n es i n V 2H 2T load i n g spaceFan Q ingla i1,2　L uan M aotian2(1.Ludong University,Yantai 264025,China;2.Dalian University of Technol ogy,Dalian 116024,China )Abstract:The sucti on bucket f oundati on f or offshore w ind turbines is subjected t o not only vertical l oading caused by structural weight and horizontal l oading and moment due t o w ind 2or wave 2induced l oading,but als o t orque fr om r ot or blades,as opposed t o the f oundati on f or offshore oil p r oducti on p latf or m s .B ased on s w i pe test l oading method and fixed dis p lacement rati o l oading method,a combined l oad 2disp lacement searching method is p r oposed .U tilizing the p roposed method,three di m ensi onal finite elem ent numerical analyses are conducted t o exp l ore the failure mechanis m s of bucket f oundati on in different l oading p lanes,such as V 2H,V 2T,H 2T and in V 2H 2T l oading space under out 2of 2p lane combined lading .The failure envel opes in different l oading s paces are obtained .According t o the relati onshi p bet w een the actual com bined l oading and the computed failure envel opes,the stability of bucket f oundati on could be evaluated .Keywords :offshore wind turbine;bucket f oundati on;failure envel ope;stability;combined l oading E 2ma il :ldufanqinglai@引言随着煤炭、石油、天然气等不可再生资源的逐步消耗以及日益严重的电力紧张,世界各国都在投入巨大精力与资金开发风电等可再生能源。

液化土层中桶形基础承载力弱化的数值模拟

ｍｕｔｐｓｕｂｅｉｅｉｆｔｅｆｅｄｉｉｆｃｌｏｌｉｈａｅｓｓａｐｐｌｎｅｏｈｉｌｓｄｆｉｕｔｔｐｅｆｒｎｔａｔｒｕｅｔｈｅｌｗｅｐｒｔｒｒｏｍｉｉｉｌｓａｔｐｄｕｏｔｏｔｍｅａｕｅｅｉｏｍｅｎｄｉｏｌｏｉｉｉａｉｎｏｎｔａｄｎｖｒｎｎｔａｈｇｈｉｓｌｄｆｃｔｏｐｉ，ｎ
ａｔｒｓｔｏｗｎａｈｅｒｎｏｎｉｉｎｓａｄｆｅｈｕｄｎｄｏｔｒｗｏｋｉｇｃｄｔｏ，ｎｄｔｒｉｅｔｌｗａｓａｅｌｎｔａｗｅｌｏ — ｅｅｍｎｈｅｆｏｓｕｒｎｃｐａｈｔｌｃｒｎ
ｐｌｔｏｉｉｓｕｓｄｆｒｉｔａｔｒｕｅａｉｇｅｉｎｌｑｕｄｉｅｏｎｉｉｌｓａｔｐｐｒｈｅｔｎｏｕｅｐｐｌｎｅｎｔｂｄｌｄｆｓｂｓａｉｅｉａｄｈｅｕｎｅｐｉｌｎｅｉａｐｅｉｓ —
侯磊，张劲军．于流动保障的海底油气管道安全策略与技术基
Ｅ２中国海上油气，０４１（）２５２８Ｊ．２０，６４：８８．刘菊娥，国民，向荣，．中３／边际油气田有效开发孙郑等渤４３５
ｄｎ：ＥｌｅｉｒＳｉｎｅＩｄ２０．ｏｓｖｅｃｅｃ．，０５ｔ
ｄｏｔｄｔｉｐｌｃｈｅｐｐｅｉｏｅｓａｔｐａｔｒｐｅｏｄｓａｅｔｉｌｎｅｆｒｒ — ｔｒｕｆｅｓｕｔｏｎ．Ｈｅｅ，ｉｈｄｗｎｃｔｈｅｐｔａｏｉｔｒｓｏｌｓｏｖｄｈｅｉｋｆｓｂｓａｉｌｎｅｌｃｇｅｆｅｔｖｌａｐｏｖｄｓｕｅｐｐｅｉｂｏｋａｅｆｃｉｅｙｎｄｒｉｅｔｔｃｈｅｅｈｎｉａｓｐｐｒ．Ｉａｄｉｉｎ，ｉｃｎｅｕｃｃｌｕｏｔｎｄｔｏｔａｒｄｅｔｏｓｓｉｉｌｖｅｏｐｅｎｄｏｐｒｔｏｈｅｃｔｎｆｅｄｄｅｌｍｎｔａｅａｉｎ．Ｔｈｅｓｃｓｆｌａｐｌｃｔｏｆｆｏａｓｒｎｃｅｈｌｇｙｕｃｅｓｕｐｉａｉｎｏｌｗｓｕａｅｔｃｎｏｏ

19、桶形基础极限承载力特性研究_张金来

第24卷第7期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.72005年4月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April ，2005收稿日期：2003–07–17；修回日期：2003–09–18基金项目：中国科学院知识创新重大项目(KJCX2–SW –L03–01)作者简介：张金来(1978–)，男，硕士，2003年于中国科学院力学研究所获硕士学位，主要从事岩石力学试验方面的研究工作。

E-mail ：jinlai_zhang@ 。

桶形基础极限承载力特性研究张金来1，鲁晓兵1，王淑云1，时忠民2，张建红3(1. 中国科学院力学研究所，北京 100080；2. 中国海洋石油总公司研究中心，北京 100027；3. 清华大学水利水电工程系，北京 100084)摘要：通过有限元计算，分析了不同长径比下横向和竖向承载力、载荷位移曲线以及耦合载荷作用下的极限承载力特性，并与实验结果进行了对照。

结果表明：当竖向压力小于某临界值时，基础的横向极限承载力随着竖向压力的增加而增加；但是当竖向压力增大到超过该临界值以后，横向极限承载力反而会随竖向压力的增大而降低。

随着长径比的增加，基础承载力，特别是横向承载力有比较明显的提高。

关键词：岩土力学；有限元法；长径比；耦合载荷中图分类号：TP 183 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)07–1169–04THE CHARACTERISTICS OF THE BEARING CAPACITYOF BUCKET FOUNDATIONZHANG Jin-lai 1，LU Xiao-bing 1，WANG Shu-yun 1，SHI Zhong-min 2，ZHANG Jian-hong 3(1. Institute of Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100080，China ； 2. Research Center of Chinese Ocean Oil Company ，Beijing 100027，China ；3. Department of Hydraulic and Hydropower Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China )Abstract ：The finite element software(ABAQUS) was used to simulate the bearing capacity of the bucket foundations with different height-to-diameter ratios. The characteristics of the bearing capacity of the foundations under the vertical loading ，the horizontal loading and the coupling loadings were analyzed. The numerical results were compared with that of experiments. It is shown that under a critical vertical loading ，the horizontal bearing capacity increases with the increase of the vertical loading ，but decreases with the increase of the vertical loading when the latter is larger than the critical loading. The bearing capacity ，especially the horizontal bearing capacity ，increase obviously with the increase of the height-to-diameter.Key words ：rock and soil mechanics ；FEM ；height-to-diameter ratio ；coupling loading1 引言桶形基础(简称桶基)的概念最早见于国外20世纪60年代[1，2]，从70年代初开始对其进行了大量的实验研究，80年代后期开始受到石油公司的重视并逐渐运用到海洋平台建设中。

地基处理桩基沉降、负摩阻力、水平承载力

0.002l0 0.007l0 0.005l0
府溶咋托
根
单层排架结构（柱距为6m）柱基的沉降量（mm） 120
橡蟹
弦
适
地
基
处
理
桩
基
4.4.1 单桩沉降的计算
在竖向荷载作用下单桩沉降由三部分组成：（1）桩身弹性压缩引起的桩顶沉降；（2）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力
扩散角，致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降；（3）桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端
N0影响很小可忽略不计， P（Z）= kxxb0 =mzxb0。上式变为：
N0 H0
M0
x
承台底面
EId4x5zx0
z
dz4
其中： 5 mb1 为桩的水平变1形 /m ）系。数（
EI
下醚牙侨母付切各秧依秦蒸克眷缨逸索抄捉瑞惮炼末坯抗荧邦映临蹬蛛攀地基处理桩基沉降、负摩阻力、水平承载力地基处理桩基沉降、负摩阻力、水平承载力
③ “m”法：假定地基系数Kx随深度成正比例地增长．目前我国应用较多， Kx =mz。
H0
x
t
Kx=mz
（c）”m”法
突全两颧蚤括模团护镇买盲间足紧稀糟辈畦辐艘名肮翰郧顺薄因献襄今亭地基处理桩基沉降、负摩阻力、水平承载力地基处理桩基沉降、负摩阻力、水平承载力
④ “c值”法：假定地基系数Kh随着深度成抛物线规律增加，即Kh =cz1/2 ，c为常数，随土类不同而异。在我国多用于公路交通部门。
赶绪咸橱称剂湘绷零扛叫璃台咏鸥疆容杯丘凝枣晋沈之筏峰脑倾辩搞齐款地基处理桩基沉降、负摩阻力、水平承载力地基处理桩基沉降、负摩阻力、水平承载力
换算深度 h 和最大弯矩系数 C M （3）桩身最大弯矩及位置

改进桶基础结构以提高承载能力的研究

ｈａｒｄｅｎｉｎｇ为３００ｋｐａ，密度为１３００ｋｇ／ｍ。
骤然增大达到０．８３６ｍｍ，此时两端的塑性开展区已扩散到中
改进桶基础结构以提高承载能力的研究 ห้องสมุดไป่ตู้
口刘文白赵永强
上海２０１３０６）
（上海海事大学海洋环境与工程学院
摘要：通过有限元数值模拟结合模型试验研究了竖向荷载作用下桶基础与经改进后的异形桶基础的应力分布和极限承载力的变化，将所得的数值模拟结果进行对比分析。异形桶基础的极限承载力较改进前的桶基础的极限承载力提高最大可达６８．７２％。异形桶基础极限承载力增大的效果受到其自身径高比的影响，最优径高比接近１．１２５。异形桶基础在竖向荷载作用下的极限位移小于桶基础的极限位移。极限承载力提高的原因主要在于帽檐下方的土体为基础提供了类似桩端阻力的支承力。
伴随我国经济的高速发展，海洋这一蕴藏丰富资源的宝２桶基础竖向受力的数值模拟
藏越来越受到国家的重视，大量海洋及近海工程如雨后春笋
表ｌ列出了不同试验方案下的桶基础几何尺寸。其中编
般出现在我国漫长海岸线。然而海洋及近海工程因为其环境号ｌ至４为一般桶基础，之后统称为桶基础，编号５至８为改
：椭璜壁厚；桶侧整厚
５５５ｊ５Ｓ５５５５，５
７
８
９０
１２０
１３５
Ｉ８０
１０ｏ
ｌｏ０
５
５
５

软土中单桶基础竖向循环承载力的模型试验

９５
器３测量给基础施加的竖向静荷载与竖向循环荷载，同时力传感器采集的信号也作为伺服控制反馈信号进行精确的加载控制。利用差动变
有一个定量认识，同时也为评价软土中桶型基础循环承载力方法的合理性提供一些可供验证
的模型试验数据。
＊
基金项目：国家自然科学基金项目（０７０５５８９５）
第ｌ期ｌ
曲延大，等：软土中单桶基础竖向循环承载力的模型试验
析地基的循环承载力［９。利用循环弹塑性本
鉴于以上分析，本研究利用真空预压方法制备了一个大尺寸模型试验软黏土土池，采用电气伺服超低频循环加载装置，进行了软土中
单桶基础在竖向静荷载与竖向循环荷载共同作用下的承载力模型试验。本研究目的在于通过模型试验对软土中桶形基础循环承载力的变化
摘
要：利用真空预压法制备了一个大尺寸软土模型试验土池，针对两种不同直
径桶型基础，进行了多组竖向静荷载与循环荷载共同作用下单桶基础承载力的模型试验，研究了软土中单桶基础循环承载力的变化。研究结果表明，如果基础受到的竖向总荷载比小于０８，则循环荷载作用下基础的竖向累积沉降随循环次数的变化趋势是安定的；如果．５竖向总荷载比大于０９．，那么基础的竖向循环累积沉降将逐渐增加，并最终导致基础破坏；如果竖向总荷载比接近或大于１０．，基础的循环累积沉降发展加快，而且此时竖向静荷载越大，竖向循环累积沉降发展就越快。依据模型试验结果可以得出，竖向静荷载与循环荷载共同作用下，软土中单桶基础的循环承载力大约为静承载力的８左右。Ｏ关键词：桶型基础；模型试验；循环承载力；海洋平台基础；软土地基

复合加载模式下单桩复合筒型基础地基承载力包络线研究

[10] [5] [6] [7] [4] [3]
合加载模式下地基承载力及破坏模式，得到了地基承载力包络线和判断地基稳定性的数学表达式。对于单桩基础，王俊岭等[14]利用有限元数值分析软件对复合加载模式下海上风机桩基础破坏机制进行了详细地研究，确定了 V、H 和 M 共同作用下桩基础的破坏模式及在荷载空间（V、H、M）中的破坏包络面，并根据破坏包络面与实际桩基受力状态之间的相对关系，评价实际荷载状态下海上风机桩基础的稳定性。刘冰雪等 [1516] 应用有限元数值分析软件，研究了海上风机 3 桩及 4 桩基础结构在单调荷载及复合荷载作用下的承载力特性并得到 V-H 荷载空间内的破坏包络线，探讨了荷载作用方向、单桩桩径及桩间距对海上风机多桩基础极限承载力的影响。刘润等[17]对海上风电宽浅式筒型基础进行了承载特性研究，运用数值模拟方法获得了不排水饱和软黏土中宽浅式筒型基础地基承载力的包络线。由此可见，运用数值分析方法建立不同形式基础的地基承载力包络面是评价地基稳定性的重要途径。本文针对天津大学海上风电课题组研发的新型基础型式——单桩复合筒型基础，运用承载力包络线的数值分析方法，得到了单桩复合筒型基础在 V-H、V-M、H-M 和 V-H-M 荷载空间内的破坏包络线（面），并开展了该种新型基础形式的室内模型试验研究，验证了数值分析方法的可靠性。
第 37 卷第 5 期 Байду номын сангаас016 年 5 月
DOI： 10.16285/j.rsm.2016.05.033
岩土力学 Rock and Soil Mechanics
Vol.37 No.5 May 2016
复合加载模式下单桩复合筒型基础地基承载力包络线研究
刘润 1，祁越 1，李宝仁 1, 2，练继建 1，丁红岩 1

水流作用下双圆柱墩混凝土梁桥的动力响应实测与数值模拟

文章编号：1000-4750(2021)01-0040-12水流作用下双圆柱墩混凝土梁桥的动力响应实测与数值模拟华旭刚，邓武鹏，陈政清，唐煜(湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室，湖南，长沙 410082)摘要：西藏达林大桥为一座7跨桥面连续的混凝土梁桥，下部结构采用双圆柱桥墩。

2018年7月，在水流作用下达林大桥桥墩及桥面出现了显著的顺桥向振动。

该文报道了水流作用下大桥的动力响应实测与数值模拟研究。

实测表明：桥梁顺桥向振动表现为桥梁一阶纵向模态为主的拍振，横桥向为随机微振动；顺桥向最大加速度约为0.08 m/s 2，梁端最大位移约为1.56 mm 。

基于一阶纵向振动模态参数，将双圆柱墩梁桥简化为单自由振动体系，在2 m/s~10 m/s 流速范围内(折减流速U r =1.69~8.45、雷诺数Re =2.6×106~1.3×107)进行了二维流固耦合数值模拟，得到了桥墩双圆柱升阻力系数以及不同结构阻尼比时的涡振响应。

并对桥墩振型与水流流速剖面等三维效应进行修正，得到了墩顶位移随流速变化的关系。

结果表明：上游柱尾流对下游柱的脉动涡激升力有显著增强作用，在3 m/s~6 m/s 流速范围内双圆柱桥墩出现了涡激振动。

在考虑三维修正后，ζ=0.01工况下墩顶位移数值模拟结果与实测值较为吻合。

随着阻尼比ζ的增加，涡振最大振幅变小，锁定区间基本不变。

关键词：桥梁工程；双圆柱桥墩；涡激振动；流固耦合；三维效应中图分类号：U441+.3 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.03.0143NUMERICAL SIMULATION AND FIELD MEASUREMENT OF DYNAMIC RESPONSES OF BRIDGES WITH TWIN CIRCULAR-CYLINDER PIERSSUBJECTED TO WATER FLOWHUA Xu-gang , DENG Wu-peng , CHEN Zheng-qing , TANG Yu(Key Laboratory for Wind and Bridge Engineering of Hunan Province, Hunan University, Changsha, Hunan 410082, China)Abstract: The Dalin Bridge in Tibet is a 7-span concrete beam bridge with a continuous bridge deck, supported with several twin-circular cylinder piers. In July 2018, pier and deck of Dalin Bridge suffer from significant vibration along the bridge direction under the action of water flow. This paper described the field measurements and numerical simulations of dynamic response of the bridge system subject to water flow. The field measurement showed that: the longitudinal vibration of bridge deck is a beat vibration dominated by its fundamental modewhile the lateral vibration is random vibration; the longitudinal maximum acceleration is about 0.08 m/s 2,maximum displacement is about 1.56 mm. Based on the first-order longitudinal fundamental mode, the bridge is simplified as a SDOF system, two-dimensional numerical simulation of twin-circular cylinders is carried out forflow velocity 2 m/s~10 m/s (reduced flow velocity U r =1.69~8.45, Reynolds number Re =2.6×106~1.3×107), and the lift and drag forces, and the dynamic responses of piers under different damping are obtained. After incorporating a correction accounting for the pier vibration mode and velocity profile of water flow, the vortex-induced vibration amplitude at pier top is derived. The results indicate that the interference effect of upstream cylinder will increase the lift force of downstream cylinder. Vortex-induced vibration (VIV) is observed from收稿日期：2020-03-07；修改日期：2020-06-15基金项目：国家重点研发计划国际合作重点专项资助项目(2016YFE0127900)通讯作者：华旭刚(1978−)，男，浙江人，博士，博导，主要从事风工程及桥梁流致振动研究(E-mail: ***************.cn ).作者简介：邓武鹏(1996−)，男，湖南人，硕士生，主要从事桥梁流致振动研究(E-mail: ******************.cn );陈政清(1947−)，男，湖南人，博士，博导，主要从事工程力学研究(E-mail: **************.cn );唐　煜(1987−)，男，湖南人，博士，主要从事风工程研究(E-mail: ****************).第 38 卷第 1 期Vol.38 No.1工程力学2021年1 月Jan.2021ENGINEERING MECHANICS40flow velocity 3 m/s~6 m/s. The three-dimensional effect has a significant impact on the displacement of pier top in two-dimensional numerical simulation and the numerical simulation result matches well with the measurement when damping ratio ζ=0.01. The maximum VIV amplitude will decrease with the increase of structural damping, but the velocity regime of VIV remains unchanged.Key words: bridge engineering; twin-cylinders bridge pier; vortex-induced vibrations; fluid-structure interaction;three-dimensional effect西藏达林大桥是一座横跨雅鲁藏布江，跨径布置为35 m+5×30 m+35 m的钢筋混凝土桥梁，下部结构采用双圆柱桥墩。

桩-桶基础抗拔承载力分析

ＰＣＦ能比较精确的模拟土体的破坏情况。由于桩
一
第一作者简介：刘文白（９５）男，１５一，上海海事大学教授，博士，主要从事岩土工程和港口结构．￣Ａ面的教学与研究工作。ｚｇ－－－上海市重点学科科研项目资助。
桶基础是一种新型的基础形式，于其承载力特对
性，内外研究的很少。本文仅根据颗粒流数值模国
拟桩一桶基础的破坏形式，确定地基土的破坏模式，
维普资讯
２００６年第３期
籀要根据新型基础一桩一桶基础在上拔荷载作用下的颗粒流模拟试验结果，分析了桩桶基础在上拔荷载作用下土体的
破坏过程，并对颗粒流模拟试验的颗粒的破坏面进行拟合，出桩桶基础的上拔承载力计算模式。桩一桶基础的极提
限上拔承载力由破坏土体侧表面抗剪强度在竖直方向投影的集合及其包围土体土重和桩一桶基础自重组成，建立了桩一桶基础的上拔承载力计算公式，分析了上拔承载力影响因素。
出．图１）如ｄ
２土体在上拔荷载作用下的破坏形态
土体在上拔荷载作用下土中破裂面的开展与形成，是研究土体在上拔荷载作用下的破坏机理和计
于桶基础沉放于海底的泥砂软土中，础的沉降和基水平位移不宜控制。刘文白提出了新型的复合基
基础，１９自９５年桶形基础出现以来，投资费用低、其

异形桶基础竖向荷载下的试验及模拟

此次试验所用细砂与文献中所用细沙相同，其材
料陛质如表３所示。
桶基础与异形桶基础试验主要用于研究其荷载
璃，底面是能承受较高压力的长方形钢板，１２棱边是
与极限承载力的关系，从而得到当桶身直径与桶高比
［基金项目］２０１２年度上海大学生创新活动计划项目基金资助（ＣＸＳ２０１２０８０１７）
荷载试验进行研究，通过桶基础半模试验分析基础周
围土体表面位移随荷载的变化状况及土体内部的破坏过程。刘文白（２０１３）通过数值模拟结合模型试验研究了竖向荷载作用下桶基础与经改良后的异形
境，桶形基础会承受各种载荷作用，因此承载力作用下桶形基础的结构设计是当今一项重要课题。王泉等（２０００）讨论了桶基础结构的设计所面临的主要问题、桶形基础的结构设计以及强度和稳定性计算。张金来等（２００５）分析了桶型基础长径比对
桶基础与异形桶基础结构尺寸参数
基于以上所得的研究结果，通过物理模型试验得出当桶身直径与桶高之比不同时，竖向承载能力的变化情况。并且通过ＡＢＡＱＵＳ有引用文献中的实验数据，与Ａ组、ｃ组进
架，百分表，磁性支座等设备设计出实验装置。模型箱尺寸为６０ｃｍ× ６０ｅｍＸ８０ｃｍ，试验模型箱为顶面不封口的长方体，三个侧面是钢板，一个侧面是钢化玻

《土工基础》2011年全年总目次

《土工基础》 2011年全年总目次2011年1～6期（总92～97）第25卷第1期(总第92期)2011年2月嵌岩桩建筑物与地铁深基坑施工的相互影响…………………郭晓刚，武卫星，孙冠华（1）水平岩层断层破碎带施工技术研究……………………………冉茂伦，关辉辉，朱建群路基最终沉降推算方法与实例………………………………………………………陈志辉（7）钉形水泥土双向搅拌桩桩身强度性能分析……………和礼红, 彭定新, 秦亚琼, 等（10）组合支护结构在深基坑工程中的应用………………………………………………何德洪（14）混凝土角撑在某深基坑支护中的应用…………………………彭典华, 胡励耘, 梁瑜（17）挤密碎石桩在处理软土地基中的应用……………………………………杨勃, 陈艳茹（20）注浆混凝土桩加固软土地基设计与施工………………江建兵，叶智勇，侯宏伟，等（23）特大跨径钢管混凝土拱桥成桥荷载试验……………………………………………李华銮（25）等维自回归模型在隧道沉降监测中的应用分析………………………齐振江, 张德林熊渡隧道小净距段爆破振动监测与分析…………………………………朱红阳，万尧方（33）树根桩在挡墙地基加固中的应用……………………………………………………张在保（37）箱梁零号块水化热分析………………………………………………………………王孝珍（41）绿泥石片岩遇水软化的强度试验及机理研究……… 周辉，杨鑫，胡其志，等（45）纯剪状态下同轴电缆TDR 反射特征研究…………………………………刘毓氚，李协（49）用生命周期概念分析滑坡动态规律…………………………………………………李靖（53）垃圾填埋场的环境土工问题…………………………………………………………谢焰（57）模袋水泥土的界面粗糙度和抗剪强度的分形估算………………………黄端阳，马石城（61）基于神经网络的隧道围岩位移反分析研究………………………………李景成, 刘志峰（65）用有限元方法分析基坑开挖的可靠度………………………………………………孟庆银（70）搅拌桩和砂桩复合地基质量的物探检测法…………………………………………陈仕奇（74）四川汶川地震灾情特重的地质解释………………………………………谭周地, 薄景山（78）第25卷第2期(总第93期)2011年4月三峡库区层状岩体高切坡的工程防护研究…………………彭正华, 苏昌, 江亚鸣, 等（3）某高速公路路基裂缝病因分析与治理措施研究…………付伟，吴万平，何斌，等（8）真空预压加固淤泥质软土性质与强度变化试验研究……董江平，唐彤芝，张雄壮，等（12）郑州某粉煤灰场地预制管桩承载性能研究…………………方俊林, 曾福强, 单明成都砂卵石地层桩锚支护侧土压力实测分析……………………………杨庆，钱霄（22）高石碑船闸主体工程一期基坑深井降水抽水试验………………………冯红武, 徐国兴（27）武广客运专线DK1824高边坡坍滑病害特征和整治…………………………………詹学启（30）某水厂水池倾斜变形的特殊原因及纠偏施工…………………张磊, 鲁杰, 陈连城（35）交通荷载作用下公路路面结构振动分析………………………程伟, 崔航, 曾二贤（38）道路维修注浆材料研究进展………………………………………………李娜，张良均（44）兰州某垃圾填埋场场地岩土工程条件评价及防渗处理方案建议…………………高萍（51）活性粉煤灰混凝土铁路桥墩的刚度分析………………………杨勃, 陈艳茹, 张鹏（55）土壤介电常数—含水量关系模型比较……………………………………刘华贵，曾健（58）城市浅埋隧道施工过程形变规律………………………杨利民，胡建华，周科平，等（61）水平荷载作用下软土地基上桶形基础承载力分析…………………………………李华銮（65）挡土墙设计若干问题探讨………………………………………张明, 黄必章, 陈伟支护结构嵌固深度的计算分析…………………………傅志峰，吴晓云，刘芳, 等（72）泸沽湖机场场区工程地质评价……………………………………………王祺, 韩文喜（76）高填软土路基深层水平位移监测相关问题及处理措施…马宏敏，杜兴无，辛俊生，等（80）地质雷达点测法在桥梁桩基岩溶检测中的应用…………武科, 马明月, 李术才, 等（83）磁梯度法探测钻孔桩钢筋笼长度的应用………………章建禄，王海明，孙秀容，等（86）第25卷第3期(总第94期)2011年6月深厚粉细砂层中深基坑支护与止水设计技术………………………………………张在喜（1）某桩锚支护基坑的设计计算及监测……………………………张洪彬, 安关峰, 刘添俊（5）三峡库区坝前太平溪斜坡稳定性分析与边坡综合防治…………………李光诚，侯国伦（9）武汉地铁2号线江汉路站围护结构比选……………………………………………董俊大型场区软土地基固结排水措施探讨………………………………………………赵建雄（17）某高层建筑深基坑支护设计方案分析…………………………安关峰, 刘添俊, 张洪彬（20）房县窑淮乡滑坡稳定性评价………………………………………………黄家海, 徐国兴（24）用土压力增量比分析加筋对桥台土压力的影响………………王培清, 何强, 黄毅（27）打入式基桩承载力的时间效应分析…………………………………………………李永（30）CFG桩复合地基在某高层住宅工程中的应用……………………………高岩，姚继玲（33）边坡生态防护技术在福建某核电站建设中的运用………………………严树, 李小强（36）真空联合堆载预压法施工技术的应用与革新………………………………………周永辉（40）静压高强管桩施工的总结与思考…………………………………………赵华，傅在龙（42）高速铁路CFG桩复合地基沉降计算方法研究………………………………………姚建伟（46）核电站取水隧洞围岩弹塑性理论分析………………………李永琳，闫红伟，王凤仙（49）桩基计算中“m”法的进一步探讨………………………………………………刘兰花基于无网格法的边坡稳定性影响因素探讨…………………杨红坡，杨顺存，谢新宇（54〕城市浅埋隧道基于爆破振动控制的方案优化………………………………………黄烨（57）淮安市区土体的工程地质特征与基础类型探讨…………………………汪名鹏，薛宁菊（60）山东省1∶20万活断层数据库建设………………………葛孚刚, 王冬雷, 王志才, 等（64）绍兴印山越国王陵墓坑填筑青膏泥研究……………………张慧，万俐，杨隽永（68）地震波超前探测岩层破碎带的识别方法及其工程应用…路为，赵汝祥，韦伟，等（71）降雨强度对松散堆积土斜坡破坏的模型试验研究……………尹洪江, 王志兵, 胡明鉴（74）新疆玛纳斯河肯斯瓦特水利枢纽防渗土料分散性研究………于为，马龙，王秋丽（77）静压桩施工环境监测实例分析……………………………………………汪晓军，徐祥其（81）杭长线相城段岩溶路基的电法物探识别及解释……………………………………陈德平（84）兴山县毛家河水库渗漏及库岸稳定的勘察及分析…………王耿，王建华，张茂军（87）深埋长大泰宁隧道现场监控量测及分析……………………………………………蒋景顺（90）某水电站坝址区工程地质条件评价…………………………王建华，王……耿，张茂军（94）第25卷第4期(总第95期)2011年8月新疆南岸干渠含盐渠基处理方案……………………………………………………范以田（2）卤阳湖盐渍土CFG桩施工技术…………………………………方筠，马骉，罗建华（5）紧邻管桩基础的深基坑支护工程探讨………………………………………………赵建雄（8）超前工字钢桩在基坑围护中的应用……………………………………陈一全，李兴元地铁隧道下穿建筑物矿山法施工风险控制……………………石祥锋，韩延飞, 谭萧（14）地震荷载作用下绵茂公路高边坡动力响应及稳定性………………………………张大琦（17）某工程边坡降雨条件下之变形分析…………………………………………………苏胜忠（21）冻胀作用对北方越冬土钉墙稳定性的影响…………………………………………陈默（25）CFG桩在武广铁路专线的应用………………………………………………………田新文（30）淤泥质粘土充填地下废弃管道试验研究……………………唐群艳，王征亮，贾敏才（33）基于禁忌搜索和有限元的边坡稳定分析方法……………………………李俊奇, 赵洪波（36）强震作用下高边坡变形破坏的物理模拟试验…………………张立勇, 李俊明, 王华俊（40）横向荷载下高桩承台影响因素的探讨…………………………危金菊, 陈峰, 刘曙光（44）扭剪荷载下横观各向异性软粘土内桶形基础承载性能分析…武科, 马明月, 陈榕（49）深基坑信息化施工……………………………………………李广平，乐璐，宿文姬（52）岩溶发育程度的小区划评价方法………………………王禹，樊炼，梅涛，等岩土工程EPC专业总承包发展的探讨及实例………………詹金林，水伟厚，梁永辉（59）TSP超前地质预报在强风化砂岩隧道中的应用……………………………………范小强（63）膨胀土抗剪强度与含水量的相互关系………………………………………………刘鹏（66）土工试验报告的ExcelVBA统计分析…………………………………………………刘大海（69）单孔“一发双收”超声波检测原理及其应用………………袁波，何浩辉，姚黎明（73）TSP超前地质预报在膨胀岩隧道施工中的应用……………………………………李西亚（75）圆截面混凝土支护桩配筋的新算法………………………………………李乾南, 熊宗海（78）第25卷第5期(总第96期)2011年10月土钉与钢管桩在深基坑处理流砂中的应用………………………………汪仕旭，杨雪强（4）多目标模糊优选方法在深基坑工程方案优选中的应用…宁国立, 王晓涛, 陈斌, 等（8）苏丹某变电站膨胀土地基处理…………………………………马昌勤, 邓东生, 苏晓雯（12）三轴深搅桩在某深基坑围护中的施工组织设计………………………王晓梅，周圆媛塑料排水板堆载法处理软基的沉降分析………………杨俐，马石城, 陈锡阳, 等锚杆扩孔技术应用于某高层建筑基础加固………………陆观宏, 曾庆军, 黄敏, 等（20）二广高速公路湖北襄荆段路面分层结构情况分析评价……………………………肖林（23）控制加载爆炸挤淤置换法处理软基技术及其工程实践…………………江礼茂, 许羿（27）CFG桩复合地基施工过程的沉降数值模拟与分析………李斌, 赵健雄, 胡建华, 等（31）大断面小净距隧道群爆破施工参数优化研究………………………………………吴存兴（35）天津市浅层地基土渗透特性及分析…………………………………………………王艳宏（39）PHC管桩施工易产生缺陷位置分析………………………………………张文琰，姚黎明（42）间隔时间对砂石桩动力触探检验结果的影响…………朱小强，郑开盛，段超，等（45）基坑降水井布置与围护结构稳定性………………………傅志峰，周伟，李杰，等（48）基于渐近均匀化理论的格栅加筋路堤沉降计算…………………………马立, 马石城（53）核电站高挖方边坡稳定性评价与设计…………………聂文波，骆建宇，叶静风，等（57）慕士塔格冰川地质遗迹冰期划分的探讨…………………………………………邵开山构造振速函数近似回归计算爆破振速的方法研究……………………周力，熊轩浅析BT项目招标对投标人投融资能力的评价方法…………………………………熊秋梅（66）探地雷达在隧道进口段超前探测中的应用………………………………黄丹, 彭晶晶（69）PHC管桩填充物配合比试验研究………………………………王晓红，刘争宏，于永堂（72）钻孔侧向位移监测与围护结构稳定性预测………………………………陈益杰, 康世海（76）超孔隙水压力监测在大夯击能强夯中的成果分析…………………………………武玉龙（79）地基附加应力计算的误差及配套问题………………………………………………郭见扬（82）忆《土工基础》创刊，颂其辉煌发展…………………………………………………李乾南（1）第25卷第6期(总第97期)2011年12月坡顶建筑物对坡下公路安全影响研究……………………刘永良，刘永莉, 彭小毛, 等（1）水电站进水口高边坡与引水洞优化设计与施工过程数值模拟…………………………………程晔，曹文贵，谢谨荣（4）上覆房屋的松散土质边坡极限分析及设计施工………乔正，周慧芳，许文龙，等（8）预应力锚索在红粘土高边坡中的应用………………………张青，牟春梅，李旺兴矿山边坡破坏模式与稳定性评价……………………………颜克诚, 黄静, 王安彬水绥公路阶梯边坡强度参数反演分析…………………彭金宇，刘永莉, 彭小毛，等（17）高庄场滑坡稳定性及主要影响因素敏感性分析…………陈继华, 周海辉, 王秋军, 等（20）大断面城市隧道衬砌支护参数研究………………………………………楼晓明，龚彦峰（23）复杂条件下某深大基坑支护结构优化设计………………………………马郧，徐光黎（26）地铁车站深基坑支撑系统优化研究…………………………王场，肖昭然，蒋敏敏（31）地基沉降观测分析…………………………………………………………王冰, 曾超（35）常德某电厂场地地震动反应分析………………………余子华，廖爱平，余丰，等（37）某地区地面沉降调查分析…………………………………………………李东东，冯晓洲（40）考虑渗流作用的基坑抗突涌验算与降深设计………………………………………吴铁华（44）盾构模型试验研究现状及新设想…………………………………………孙吉主，肖文辉（49）颗粒破碎对砂土剪切性质影响的离散单元研究………李永松，周国庆，陈国舟, 等基于MSC.Marc二次开发的土体等价非线性粘弹性模型……关天定, 崔杰, 李亚东刚性挡墙前土台被动土压力模型试验研究…………………司马军，吕果，胡建伟（60）TSP超前地质预报在岩溶隧道中的应用…………………………………武科, 马明月（64）土石混合体的渗透特性试验研究……………………………周军恒，李艳祥，蒋刚（67）上海奉贤粉质粘土与水泥加固体的强度试验研究……………王宇辉, 吴克兵, 查珑珑（71）再谈地基应力系数的配套问题………………………………………………………郭见扬（74）。

饱和黏土中大直径桶形基础承载力研究

饱和黏土中大直径桶形基础承载力研究◎ 霍泽宽赵党梁红雨河北科技大学建筑工程学院摘要：大直径桶形基础主要用于支撑桥梁、防波堤、海上养殖等场景，同时在复杂的海洋情况下该基础会承受法向力、切向力及弯矩三种荷载。

本文利用ABAQUS建立了饱和黏土中不同埋入比大的大直径桶形基础与土体相互作用的有限元模型，分析了三种不同接触下基础的承载力变化。

在此基础上，提出大直径桶形基础的法向承载力、切向承载力和弯矩承载力的经验公式，为实际工程应用提供参考。

关键词：大直径圆桶基础；饱和黏土；埋入比；承载力；ABAQUS1.引言大直径桶形基础近年来成为海上工程领域的研究热点，如海上人工岛、海上养殖场、港珠澳大桥等。

大直径桶形基础由混凝土或钢材制成，顶部与底部中空形成一个空心薄壁结构。

在施工过程中可采用不同的安装方式，在砂质或黏土沉积的现场条件下，通常借助振动或驱动锤安装。

随着土地复垦需求的增加，需要提供一个可靠又经济的基础形式来解决海上人工岛的要求。

虽然桩基础施工安装方面技术成熟可作为优先选择，但大型人工岛所需大量桩基础会带来超高预算。

海上风机底部采用的圆形裙边基础可作为选择[1-3]，但基础顶盖会增加制造成本。

由于在使用中遇到相对较低的法向荷载，而且上层建筑不需要建立于顶盖之上。

空心大直径桶形基础在安装方便、预制简单具有明显优势。

大直径桶形基础插入海床以后，由于海况复杂会受到不同方向的力[4-6]。

例如自重作用下的竖向力，波浪流对基础的水平推力及旋转所承受的弯矩荷载。

本文对大直径桶形基础的法向力、切向和弯矩三种单轴荷载作用下的极限承载力进行研究，为工程应用提供参考。

2.有限元计算模型2.1模型参数为了便于计算，数值模拟采用图1所示半模型作为本文算例。

基础直径D=30m，壁厚为0.01D，采用了五种不同的埋入比，L/D分别为0.2、0.4、0.6、0.8和1；另外，基础因其刚度相对较大而被简化为刚体，施加载荷的基准点（RP）设置在基础底部中心。

桩-桶基础的水平承载性能

收稿日期：０００８２１—８０
２基础周围土体变形场和破坏模式
２１土体变形场分析．在模型试验中，水平荷载作用下桩一基础对桶
刘文白（９５）男，士，授，要研究领域为基础工程、土力学１５一：博教主岩国家自然科学基金项目（目批准号：１７２８５９９５）上海市教育委员会科研项目（准号：７Ｚ９、海海海事大学校项５０８２；０００７、批０Ｚ９）上级重点学科建设项目（准号：９２９０）上海市第四期本科教育高地建设项目（准号：２００Ｇ）批Ａ２０００２、批Ｂ１０８资助
础
的极限水平承载力由桶顶以上土体、内土体与桶下土结合部位、侧土体的抗剪强度住水平方桶桶
ｒ投影的集合，ｎＪ和桶下桩周土水平抗力组成．据数学拟合的土体破坏曲面，立桩一根建桶舾础水平极
技术（ｉｉｌｈｔｇａｄｇｔｐｏｏｒｍｍｅｒｆｒｅｏｍａｉｎａｔｙｏｄｆｒｔｏ
１模型试验
室内模型试验设备有四面玻璃的模型箱（长 ×宽 × 高为６ｍ ×６ｍ ×８ｍ）桩一模型０ｃ０ｃＯｃ、桶基础（５号钢材）加载架、像采集和位移量测４、图设备．验示意见图１土样细砂，数见表１试，参．

《水平荷载下PHC管桩三桩承载特性的数值模拟分析》范文

《水平荷载下PHC管桩三桩承载特性的数值模拟分析》篇一一、引言随着建筑工程的不断发展，对于地基承载能力的需求逐渐增强。

其中，PHC（预应力高强度混凝土）管桩因其高强度、良好的耐久性以及施工便捷性等优点，被广泛应用于各类工程项目中。

然而，在复杂的地基环境中，尤其是在水平荷载作用下，PHC管桩的承载特性研究显得尤为重要。

本文采用数值模拟的方法，对水平荷载下PHC管桩三桩承载特性进行分析，以期为实际工程提供理论依据和指导。

二、数值模拟方法及模型建立1. 数值模拟方法本文采用有限元分析软件进行数值模拟。

有限元法是一种高效的工程分析手段，可以较好地模拟复杂地质条件下的结构受力情况。

2. 模型建立根据实际工程情况，建立三桩PHC管桩模型。

模型包括土体、PHC管桩及水平荷载作用等部分。

其中，土体采用合适的本构模型进行模拟，以反映土体的非线性和弹塑性特性。

PHC管桩采用预应力高强度混凝土材料模型进行模拟。

三、水平荷载下PHC管桩三桩承载特性分析1. 水平荷载作用下的位移特性在水平荷载作用下，三桩PHC管桩的位移分布呈现出一定的规律。

随着荷载的增加，桩身位移逐渐增大，且呈现出明显的非线性特征。

同时，三桩之间的相互作用使得位移分布产生一定的差异。

通过数值模拟分析，可以更好地了解这种位移分布规律，为实际工程提供指导。

2. 水平荷载下的应力分布特性在水平荷载作用下，PHC管桩的应力分布同样具有规律性。

随着荷载的增加，桩身应力逐渐增大，且呈现出明显的局部集中现象。

三桩之间的相互作用也会对应力分布产生影响。

通过数值模拟分析，可以更好地掌握这种应力分布规律，为优化设计提供依据。

3. 三桩之间的相互作用三桩PHC管桩在水平荷载作用下，各桩之间存在相互影响。

这种相互影响表现在位移、应力等方面的传递和扩散。

通过数值模拟分析，可以更清楚地了解这种相互作用机制，为实际工程中合理布置桩位提供依据。

四、结论通过对水平荷载下PHC管桩三桩承载特性的数值模拟分析，可以得出以下结论：1. 在水平荷载作用下，PHC管桩的位移和应力分布具有明显的非线性特征，且受到三桩之间相互作用的影响。

大圆筒围堰在波浪荷载作用下的稳定性数值模拟

C W T 中国水运 2019·06 45大圆筒围堰在波浪荷载作用下的稳定性数值模拟涂静兰（广州港工程设计院有限公司，广东广州 510700）摘　要：采用数值模拟方法，建立某工程项目大圆筒围堰结构及其周围软土地基的三维弹塑性有限元模型，并结合加载系数法研究该系统在外海波浪荷载作用下的静力稳定性。

结果表明：大圆筒结构在10年一遇高水位的10年一遇波浪荷载作用下的稳定性安全系数K=1.24，结构安全。

随后，分析了大圆筒围堰结构及其软土地基在波浪荷载作用下的变形性状，最终，大圆筒围堰在波浪荷载作用下的静力稳定性能够满足要求。

关键词：大圆筒围堰；波浪荷载；稳定性能；安全系数；数值模拟中图分类号：U655.54 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2019）06-0045-02DOI 编码：10.13646/ki.42-1395/u.2019.06.0201 概述某人工岛沿岸线设置插入式的钢制大圆筒，其典型断面如图1所示。

图1为该人工岛围堰至竣工的一个中间过程，当大圆筒围堰完工之后，结构内、外侧还将辅以抛石斜坡堤。

用作围堰结构的钢质大圆筒外径为22.0m，其壁厚16±2mm，顶标高+3.00m，底标高-35.0m。

在大圆筒内部回填中粗砂并振冲密实。

从图中可以看出，大圆筒结构在施沉之后将会直接受到外海波浪荷载的作用，在该阶段大圆筒结构也起到了防波堤的功能。

本文基于有限元数值模拟方法，并结合加载系数法来探讨图1所示大圆筒围堰在外海波浪荷载作用下的静力稳定性。

图1 大圆筒围堰计算断面图2 大圆筒围堰稳定性数值模拟2.1 有限元建模根据大圆筒围堰的承载特性及其自身结构的对称性，取大圆筒围堰的一半来作为研究对象，建立结构的三维有限元模型[1]，见图2（包含大圆筒结构与地基土体的网格分布）。

建模过程中，取垂直于大圆筒沿线的轴线方向作为土体的计算域。

为保证最终计算结果的精度，土体计算域的范围各取大圆筒两侧5倍的直径长度，见图3。

桶形基础采油平台循环稳定性三维有限元数值模拟

的海洋环境，当不考虑海洋环境荷载的动力特性时，平静承载力安全系数３７；考虑频率为０１水．５当．Ｈｚ
规则的波浪荷载连续作用在平台基础上３个小时，平循环承载力安全系数３４水．２。该平台基础偏于
Ｔｈａｏｄｉｎｙ１ｅｃｎｔｏｈｅｖｒｉａｔｔｃｃｐｃｔｆｆｕｄｔｏｌｔｏｍ．Ｉｅ — ｅｄｅｄｌａｓｏｌ４ｐｒｅｆｔｅｔｃｌｓａｉａａｉｙｏｏｎａｉｎｐａｆｒｎｃｒｔｉｃａｏｉｏａｎｏｅｎｃｎｄｔｎ，ｔｅｓｆｔａｔｒｏｏｉｏａｔｔｃｃｐｃｔｓ３７ｃｎｉｅｉｇｄ — ｉｈａｅｙｆｃｏｆｈｒｚｎｔｌｓａｉａａｉｙｉ．５ｕｎｏｓｄｒｎｙｎｍｉｈｒｃｅｆｅｖｒｎｅｔｌａｓｔｅｓｆｔａｔｒｏｏｉｏｔｌｃｃｉａａｉｙｉ４２ａｃｃａａｔｒｏｎｉｏｍｎｏｄ；ｈａｅｙｆｃｏｆｈｒｚｎａｙｌｃｐｃｔｓ３．ｃ
安全。
关键词：海洋工程；形基础平台；维有限元数值模拟；环稳定性桶三循中图分类号：Ｐ５７２文献标识码：Ａ
ＴＨＲＥＥ・ＭＥＮＳｏＮＮＩＤＩＩＦＩＴＥＥＬＥＭＥＮＴＮＵＭＥＲＩＣＡＬＩＵＬＡＴＩＳＭＮＧ

桶形基础水平承载力极限平衡计算公式的理论推导

桶形基础水平承载力极限平衡计算公式的理论推导王蕾;金书成【摘要】借鉴已有研究成果推导一种适用于工程的桶形基础水平承载力计算公式.考虑桶体转动中心位置变化、土体剪切作用及基底摩擦力对桶形基础水平承载能力的影响,利用三维极限平衡法推导出单桶形基础水平承载力计算公式,并与已有计算公式进行比较.结果表明,所推导的计算公式满足工程精度的要求,可用于指导桶形基础的工程设计.【期刊名称】《温州职业技术学院学报》【年(卷),期】2018(018)001【总页数】5页(P52-55,59)【关键词】桶形基础;水平承载力;极限平衡法;长径比L/D;计算公式【作者】王蕾;金书成【作者单位】江门市启智学校,广东江门 529000;长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室,武汉 430040【正文语种】中文【中图分类】TU4700 引言桶形基础水平极限承载力平衡解法的思路是，根据地基破坏形式，假定土体反力分布，而后根据力的平衡建立反力与荷载间关系。

根据已有研究结果，桶形基础破坏模式与尺寸、荷载形式及土体性质有关[1-2]。

Murff等和Aubeny等将桶周土体分成多个区域，桶形基础土体的变形机理如图1所示[3-4]。

本文以桶形基础土体的变形机理为参考，选取单桶砂土基础为研究对象，根据数值模拟和物模试验建立土体水平荷载的极限平衡受力状态，推导不同区域的土体抗力，并根据极限平衡法获得单桶基础水平承载力计算公式。

图1 桶形基础土体的变形机理1 受力模型桶形基础水平承载力的极限平衡解法最重要的是进行破坏模式的合理假定，本文结合相关研究成果[5-6]对计算模型进行简化。

当长径比L/D＜2.0时，桶形基础在水平荷载下围绕其轴线上的桶底中心发生转动，选择图2a的计算模型；当长径比L/D≥2.0时，转动中心位置位于桶体轴线0.8L处，选择图2b的计算模型。

其中，z0为转动中心深度，P为水平荷载。

2 公式推导极限平衡法成立的条件以合理的假定为前提，本文计算公式推导基于三维极限平衡法的基本假定。

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内蒙古工业大学学报JOURNAL OF INNER M ONGOLIA第26卷　第3期UNIVERSIT Y OF T ECHNOLOGY Vol.26No.32007 文章编号:1001-5167(2007)03-0215-04波浪荷载作用下桶形基础循环承载力数值模拟李　驰(内蒙古工业大学建工学院,呼和浩特010051)摘要:对桶形基础在工作荷载和波浪荷载共同作用下的循环承载力进行研究.以海洋软土地基上单桶基础为例,通过平面有限元数值模拟确定桶形基础在工作荷载作用下的静承载力.进而考虑工作荷载和波浪荷载共同作用下软土地基强度的弱化,使用平面有限元数值模拟确定波浪荷载作用下桶形基础的循环承载力.研究结果表明,一定的循环振次下,海洋环境中桶形基础循环承载力的大小取决于基础自身工作荷载.文中结论为海洋工程中桶形基础的设计和使用提供了理论依据.关键词:海洋工程;桶形基础;循环承载力;有限元数值模拟中图分类号:T U431 文献标识码:A0　引　言桶型基础作为一种新型的海洋平台基础,在海洋工程中被越来越多地使用.海洋环境条件下,由于波浪荷载循环次数多,作用时间长,通过建立循环荷载作用下地基土的应力应变关系,来评价地基循环承载力是非常困难的〔1〕.因此,对于海洋环境下的软土地基,使用拟静力法评价地基循环承载力是非常必要的.传统拟静力法是使用静承载力公式,用一个统一的弱化强度来评价地基整体的循环承载力〔2〕.但由于海洋平台将受到上部结构工作荷载和波浪荷载的共同作用,波浪循环荷载作用下地基土的强度不仅取决于循环应力的大小,而且取决于静应力,只有考虑地基土单元初始静应力的影响才能真实地模拟桶型基础循环破坏时的力学行为〔3〕.通过平面有限元方法计算软土地基单桶基础的竖向和水平向静承载力.依据Mises屈服准则〔4〕,将循环荷载对软土地基的作用效果等效为一种与地基土单元初始静应力有关的地基土强度的弱化〔5〕,在给定的位移破坏标准下,确定波浪荷载作用下软土地基单桶基础竖向和水平向循环承载力.进一步总结了基础上作用的工作荷载与循环破坏荷载之间的关系,提出在一定的循环破坏振次下,基础所能承受的最大循环破坏荷载取决于基础自身的工作荷载;反之,如果已知海洋环境下基础将承受的循环荷载的大小,就可以确定在确保桶形基础安全使用前提下,基础有效工作荷载的合理设计范围.从而为桶形基础的设计和使用提供了的理论依据.1　循环承载力的计算原理和方法利用式(1)定义地基土单元的循环强度:d,f=( j+ d)f(1)式中: j-由静荷载引起的地基土单元等效静应力; j+ d-由静荷载与循环荷载共同作用引起的地基土单元等效应力.按照式(2)计算 j或 j+ d.收稿日期:2006-05-17作者简介:李驰(1973～),女,任职内蒙古工业大学建工学院.E-mail:tjdx lch2003@.j,( j+ d)=328(2)式中: 8=13( 1- 2)2+( 2- 3)2+( 1- 3)2, 8是由静荷载作用(或静荷载与循环荷载共同作用)引起的地基土单元八面体剪应力. 按照M ises屈服准则〔4〕,采用理想弹塑性模型描述软粘土的应力应变关系.按照地基土的不排水静强度S u确定其屈服强度,通过平面有限元计算静荷载(工作荷载)作用下地基土单元受到的静应力及相应的八面体剪应力 8.利用式(2)计算地基每个土单元的等效静应力 j.然后依据循环三轴试验建立的土单元循环强度随等效静应力的变化关系,确定与某一循环破坏次数对应的循环强度 d,f,见图1.此时以每个土单元的循环强度作为相应的屈服强度,仍按照理想弹塑性模型,通过平面有限元计算基础的竖向(水平)荷载位移曲线,按照确定的位移破坏标准确定基础的竖向(水平)循环破坏荷载.2　有限元数值计算模型和计算参数平面有限元模型及网格划分见图2.桶的几何尺寸为0.5×0.8×0.008(m).地基土水平向取8倍桶径,竖向取4倍的桶高.在土体水平边界设竖向约束,竖向边界设水平约束,在桶外侧及桶底设二维接触单元.采用M ises屈服准则,饱和软粘土不排水静剪切强度为12kPa,泊松比0.42,弹性模量1.2e3kPa.考虑桶壁与土紧密接触的情况,参考文献〔6〕将桶及桶内土塞看成一整体,将桶的弹性模量取为土剪切强度的1500倍,桶的泊松比取0.25.3　数值计算结果与分析桶形基础除受到自身工作荷载(静荷载)外,由风浪引起的循环荷载将对桶形基础产生竖直和水平两个方向的作用.考虑基础经受一次典型的风暴潮作用,取循环破坏次数N f=1000.通过平面有限元数值计算确定在静荷载和循环荷载共同作用下桶形基础的竖向和水平向循环承载力.3.1　竖向及水平向静承载力在平面应变有限元模型上施加竖向及水平向静荷载,确定基础的荷载-位移曲线见图3.参考重力式浅基础的竖向位移破坏标准,以基础中心点的竖向位移量达到基础宽度的7%为桶形基础的竖向位移破坏标准〔7〕;参考海洋平台失稳标准〔8〕,以基础倾角为2°时的水平位移量为桶形基础的水平位移破坏标准.在给定的位移破坏标准下确定单桶基础的竖向静承载力为15.8kN;水平向静承载力为3.0kN. 3.2　竖向及水平向循环承载力在模型上施加一竖向静荷载,取为竖向静承载力的0.12,0.24,0.40,0.56,0.86倍,确定1000次循环破坏振次下地基土单元的不固结不排水循环剪切强度.然后再施加一竖向荷载V d和水平荷载H d,确定竖向静荷载与循环荷载之和V+V d～S v的关系曲线以及水平循环荷载H d～S h的关系曲线见图4,按照位移破坏标准确定基础的竖向及水平向循环承载力见表1.根据表1的计算结果,总结V d/V j～V/V j 216内蒙古工业大学学报2007年的关系和H d /H j ～V /V j 的关系见图5.从图5中可以看出,当基础受到的静荷载不同时,所能承受的循环破坏荷载也不同.当V /V j 为0.24时,对应的循环破坏荷载为静承载力0.34倍;当V /V j 为0.40时,水平循环破坏荷载达到最大,为水平静承载力的0.84倍.此外,如果已知桶形基础在使用过程中可能遭受到的循环荷载(如图5),就可以确定确保桶形基础安全使用时基础工作荷载的合理设计范围P 1～P 2.表1　循环荷载与静荷载的关系V /V j V (kN /m )V +V d (kN /m )V d (kN /m)V d /V j (V +V d )/V jH d (kN /m)H d /H j 0.000.00 2.16 2.160.200.20 1.700.280.12 1.20 4.65 3.350.310.43 4.100.680.24 2.40 6.27 3.670.340.58 4.860.810.40 4.007.67 3.350.310.71 5.060.840.56 5.608.75 2.700.250.81 4.700.780.868.6010.381.080.100.962.100.35图5　竖向及水平向循环破坏荷载与静荷载的关系217第3期李驰　波浪荷载作用下桶形基础循环承载力数值模拟218内蒙古工业大学学报2007年4　结　论通过平面有限元计算,对软土地基上桶形基础在基础自身工作荷载和波浪循环荷载的共同作用下的竖向及水平向循环承载力进行了数值模拟.提出在一定的循环破坏振次下,当基础自身工作荷载不同时,基础所能承受的循环破坏荷载是不同的.按照基础经受一次典型风暴作用考虑,当基础的工作荷载是竖向静承载力的0.24倍时,竖向循环承载力达到最大,为竖向静承载力的0.34倍;当基础的工作荷载是竖向静承载力的0.40倍时,水平循环承载力达到最大,为水平静承载力的0.84倍.其研究成果为桶形基础在海洋工程中的运用和推广奠定了理论基础.文中的结论有待于通过模型试验作进一步验证.参考文献:[1]　P rev ost J H.O ffsho r e G r avit y Str uct ur es:A nalysis[J].Jo ur nal o f Geo technical Eng ineering A SCE,1981,107(2):143～165.[2]　David N C.A So il M odel for the Ev aluation of Displacement and P or e P ressures in Fo undatio n o f O ffshor e G ra vit yStr uctures Subject ed to Cy clic L oading,Inter natio nal Symposium o n N umerical M o dels in G eom echanics,1982,368～376.[3]　A nder sen K H.Bear ing Capacity for Fo undatio ns w ith Cyclic L oads[J].Jo ur nal o f Geo technical Engineer ing,A SCE,1988,114(5):540～555.[4]　李驰,王建华.软土地基单桶基础循环承载力研究[J].岩土工程学报,2005,27(9):1040～1044.[5]　Wang Jian-hua,L iu Y uanfeng,et al.Estimat ion o f U ndr ained Bear ing Ca pacit y fo r Offshor e Soft Fo undation w ithCy clic L oads[J].China Ocean Engineer ing,1998,12(5):213～222.[6]　J Cao,R P hillips,R Popescu,et al.N umer ical A nalysis o f the Behav io r o f Suct ion Cassion in Clay,ISO PE,2003,13(2):154～158.[7]　Sher if EI-Ghar baw y,Suctio n Cassio n in So ft Cla y[C].T he18th Inter natio na l Confer ence o n O ffsho r e M echanicsand A rctic Engineer ing,1999,OF T-4063[8]　M.Hesar,2003.G eotechnical D esign of t he Bar racuda and Cara tinga Suctio n A nchor s,O T C15137N U M ERIA CAL SIM U LA T IO N O F CY CL IC BEA RIN G CA PA CIT Y O F BU CKET FOU NDA T IO N U N DER WA V E LO A DSLI Chi(S chool of Ar chitecture and Civil E ngineering,I nner M ongolia University o f T echnology,H ohhot010051,China) Abstract:Cyclic bearing capacity of bucket fo undation subjected to w orking loads and w ave lo ads has been studied.In this paper,the v ertical and horizontal static capacity of bucket foundatio n on oceanic soft clay is first calculated.Further,the vertical and horizontal cyclic bearing capacity is deter mined for bucket fo undation through plane finite element analysis,w ith deg radation of soft clay strength caused by w orking loads and w av e lo ads taken into consideration.Conclusion is draw n that the cyclic bear ing capacity depends on dead loads if the cycles′number keeps w ithin cer tain range. Cyclic bearing capacity varies w ith different dead loads.T his paper pr ovides a theoretical reference for desig ning and using bucket foundation in oceanic eng ineering.Keywords:o cean eng ineering;bucket foundation;cyclic bear ing capacity;finite element numerical simulating。