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海上风电工程开发,由于资源丰富、占用的陆地及无视觉污染等优点,受到沿海国家的高度重视。吸力基础具有施工方便,可重复利用等优点,是海洋工程中目前普遍采用的一种新型基础形式,目前也被成功到应用于海上风电工程。作为海上风电塔架的基础,主控荷载为水平荷载,是整个工程结构设计的关键。为了有效提高基础的水平承载能力和控制水平侧移,提出了一种改进的吸力基础形式-裙式吸力基础。非常适合作为海上风电塔架的基础。 采用模型试验以及有限元方法,研究了裙式吸力基础水平承载机理,讨论了裙式吸力基础水平承载力及侧移影响因素,研究了基础周围土压力的分布规律以及地基土的变形和影响范围。得出以下结论: (1)为了把模型试验结果推广到实际工程,水平荷载及水平侧移进行了无量纲化处理。裙式吸力基础水平承载力较单桶基础显著提高,同时控制了基础侧移,较单桶基础,水平承载力提高范围为26.1%-64.1%,侧移减小67.2%-86.8%。基础水平承载力随裙高、裙宽、主桶长径比的增加而增大,随加载高度的增加而减小。 (2)运用荷载-侧移关系曲线及土压力分布关系分别研究了基础转动点的位置变化。单桶基础转动点位于0.75倍主桶埋深处,通过荷载-侧移关系确定基础转动点位于基础顶面以下0.45-0.7倍的主桶埋深处;通过土压力分布确定裙式吸力基础的转点位置位于0.58-0.63倍的基础埋深处,两种方法确定转动点位置较吻合。 (3)“裙”结构影响基础周围土压力分布。试验结果表明,相比于传统吸力基础,裙式吸力基础的主桶结构前侧受到的被动土压力减小,平均减小幅度为57.8%。 (4)研究了地表变形及变化规律。沿加载轴线方向,地基隆起范围约为2.2倍到3倍主桶直径,与加载方向相反,地基隆起范围约为1.1到15倍主桶直径。基础后侧砂土沉陷范围相比于地基隆起范围非常小。基础前侧砂土隆起范围随裙高增加而增大。 (5)对中砂中吸力基础进行了沉贯研究。证明了基础在中砂中的可沉贯性。试验条件下,基础内部“土塞”和“水塞”均平稳上升。基于试验结果,提出了一种计算沉贯过程中基础所需吸力的解析表达式。