论文摘要
筒型基础是一种具有广阔应用前景的、新型海上平台基础，具有施工快速简便、安全可靠、环保、可回收重复利用、节约成本等优势，被广泛地用作海上平台、海上风电、深海系泊、堤防护岸等多种结构基础。负压筒型基础不同于传统类型基础的一个突出特点就是在安装时通过抽吸负压来实现沉放就位，施加负压大小和方式直接关系到筒型基础能否顺利下沉至设计深度，实现预期的承载能力。本文根据筒型基础的特点，通过理论分析和数值模拟方法，分别针对钢质薄壁和混凝土厚壁筒型基础两种情况，对沉放过程中基础周围土体的渗流场和沉放阻力进行了研究，主要内容如下：（1）首先利用有限元方法建立多个渗流计算模型，分析在均质砂土中筒型基础沉放至不同深度时其周围土体的渗流场特征，并计算临街负压、等效渗径等渗流要素随相对沉放深度变化的关系。然后以渗流出口水力梯度为控制条件，分别建立钢质薄壁大型混凝土厚壁两种类型的筒型基础临界负压计算公式，用于确定沉放施工时施加的临界负压。（2）筒型基础沉放过程是“土体—渗流—结构”耦合作用的过程，渗流场因此受到多种因素的影响。根据前面得到的渗流场特征和渗流要素计算结果，对渗流引起的土体参数变化对渗流场的反作用效果进行了研究，得到了土体渗透系数变化对渗流场分布特征和临界负压等渗流要素的影响；土质分层是海洋土体中存在的普遍现象，当砂土下面有粘性土层等不透水层时，渗流场也会发生变化，本文根据这一特点，分别研究了一系列埋深下的不透水层情况下渗流场特性和临界负压变化情况，使研究结果具有更强的实用性。（3）针对大型混凝土筒型基础沉放过程土体大变形和非线性特点，以CBF-3-150海上风机复合式筒型基础为研究对象，建立二维轴对称渗流—应力耦合计算模型，得到厚壁筒型基础的沉放阻力随沉放深度的变化情况；与钢质薄壁基础的计算结果对比，分析厚壁筒型基础的沉放阻力特性；然后通过两种负压工况下的沉放计算结果，研究了负压在沉放过程中起到的减阻作用和驱动效果。