海上风电筒型基础入土沉放过程及减阻措施研究

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随着我国能源结构调整,风电已成为我国继煤电、水电之后的第三大能源。筒型基础作为海上风电的重要基础型式,具有安装周期短,节约钢材,可重复利用等诸多优点,在降低工程造价和循环利用等方面有明显的优势而备受关注。筒型基础实际应用中,沉放阻力的准确计算、沉放过程需要负压值的评估、超土塞高度的预测等都直接关系到筒型基础是否能顺利沉放至指定深度。本文基于实际工程筒型基础安装遇到的问题,结合理论分析、数值模拟、模型试验及现场试验等方法,对筒型基础负压沉放渗流稳定性、沉放阻力计算方法、超土塞高度预测、沉放过程中减阻措施等进行系统的研究,具体研究内容及研究成果如下:(1)开展了模型试验与数值计算,研究了筒型基础负压沉放过程土体渗流场特性与渗流稳定性;揭示了土体渗透性、筒型基础结构和分舱筒型基础分舱压力对渗流场的影响规律;结合实际工况,提出砂土下卧不透水层以及分舱筒型基础舱压不同时临界负压的计算方法。(2)开展了砂土中筒型基础入土沉放试验,揭示了筒型基础负压沉放过程筒内壁、外壁和筒端土压力及孔压的变化规律;分析了正压与负压两种沉放方式对筒壁摩阻力与筒端阻力的影响规律;建立了筒型基础负压沉放阻力和沉放需要负压值的计算方法。(3)开展了粘土中筒型基础入土沉放试验,揭示了筒型基础正压与负压沉放过程筒内壁、外壁和筒端土压力及孔压的变化规律;分析了正压与负压两种沉放方式对筒壁摩阻与端阻力的影响规律;提出了粘土中自重与负压沉放阶段沉放阻力的计算方法。(4)开展了砂土与粘土筒型基础负压沉放超土塞效应的试验研究,分析了筒型基础沉放速率(v)和厚径比(t/Do)对超土塞高度的影响;结合试验中实测的土体孔压,揭示了沉放速率(v)和厚径比(t/Do)影响超土塞率的机理;提出了考虑筒型基础沉放速率(v)和厚径比(t/Do)的超土塞高度预测方法。(5)研究了低渗透性土中(粘土、粉土)筒型基础入土沉放减阻环的应用方法。结合模型试验与考虑土体应变软化的数值分析,揭示了减阻环的减阻机理;研究了减阻环布置型式对减阻程度的影响;分析了减阻环对筒壁周围土体强度变化的影响规律;提出了低渗透性土中考虑减阻结构的沉放阻力计算方法。
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