海上风电裙式吸力锚基础沉贯及渗流规律研究

论文摘要

吸力基础是海洋工程中一种新型的基础型式,它通常是底部敞开,顶部封闭的钢制圆筒结构,通过自重及在筒内壁与海床之间施加负压沉入海床,能承受巨大的水平荷载和弯矩作用。由于费用经济、方便施工、可重复利用等优点,被广泛应用于海洋平台、海洋浮动式结构等,近年来,也被作为浅海风力发电工程的基础。由于吸力基础易遭受较大的水平动力荷载和弯矩,从而可能产生较大的水平位移和转角；同时,由于海床的冲刷作用,会大大降低其承载能力。为克服这些不足,并结合海上风电工程的受力特点提出了一种新型吸力基础形式一裙式吸力锚基础,这种新型吸力基础能够显著提高抵抗海床冲蚀和承载能力。基于分析传统吸力基础砂土地基、粘性土地基以及层状土地基的沉贯方法,拓广到了裙式吸力锚基础中,从而研究该基础型式在相应地基中的可沉贯性以及负压沉贯所需要的吸力；并且与相同情况下的传统吸力锚进行了比较分析,进一步证明了所提出的裙式吸力锚基础具有较好的沉贯性能,并具有工程实践推广价值。通过对裙式吸力锚基础可沉贯性的解析计算和负压沉贯渗流场的数值模拟,得出了有价值的结论。论文的主要研究工作及结论包括以下方面：（1）在饱和砂土地基,粘性土地基以及层状（砂土+粘土）地基中,裙式吸力锚基础可顺利沉贯到海床的预定深度。这说明裙式吸力锚基础具有较好的沉贯性能,因此,提出的裙式吸力锚基础是可行的。（2）沉贯过程中层状地基情况比单一砂土地基、单一粘性土地基复杂的多,即沉贯性比单层地基要困难得多,所需吸力也大很多。（3）针对裙式吸力锚基础负压沉贯过程桶体周围形成的渗流场,通过改变主桶内海床泥面水头边界条件来模拟不同的贯入负压,从而建立了裙式吸力锚基础负压沉贯渗流场数值分析模型,确定了沉贯过程中地基土性参数对渗流场水头分布及渗流水头损失等渗流场特性的作用。（4）利用有限元数值计算方法对离岸裙式吸力锚基础负压沉贯过程中主桶桶体周围土体渗流场的特性进行了分析,得出了不同海床地基土中裙式吸力锚基础负压沉贯渗流场的规律,并通过对实例的分析,计算结果和结论令人满意,说明所提出的裙式吸力锚基础具有工程实用性,并为对裙式吸力锚基础负压沉贯过程中负压的控制以及吸力基础的设计、施工等现实应用提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 吸力锚的型式和工作机理
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究内容及创新点
• 2 裙式吸力锚基础的可沉贯性理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 裙式吸力锚基础在砂土地基中的沉贯可行性分析
• 2.3 裙式吸力锚基础在粘性土地基中的沉贯可行性分析
• 2.4 裙式吸力锚基础在层状地基中的沉贯可行性分析
• 2.5 小结
• 3 裙式吸力锚基础沉贯土力学原理和数值分析
• 3.1 渗流计算基本原理
• 3.2 裙式吸力锚基础沉贯渗流场的基本方程和定解条件
• 3.3 裙式吸力锚基础沉贯分析的作用机理
• 3.4 砂土环境下裙式吸力锚基础沉贯过程数值计算
• 3.5 小结
• 4 裙式吸力锚基础渗流场有限元数值分析
• 4.1 引言
• 4.2 有限元计算分析
• 4.3 负压沉贯过程中渗流梯度及其分布形式的划分
• 4.4 小结
• 5 裙式吸力锚基础模型试验
• 5.1 模型试验的制备
• 5.2 裙式吸力锚基础的沉贯过程
• 5.3 结果与分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士期间主要成果及科研情况
• 参考文献