不同排水条件下桶形基础上拔承载特性研究
发布时间：2021-09-04 06:13
桶形基础因其安装方便、可重复使用等优点而广泛应用于海洋工程中,在服役期间或者退役回收时会受到上拔承载力作用,准确计算桶形基础的上拔承载力是保证基础稳定工作和顺利回收的重要前提,桶形基础的上拔承载力与桶的几何尺寸、上拔速率、土体参数以及在自重等预压荷载下的固结情况等因素有关.本文采用有限元的方法对桶形基础上拔承载特性进行研究,通过对不同长径比、上拔速率、土体参数及预压荷载等影响因素进行正交组合计算,研究了其不同上拔速率下破坏模式及负压发展规律,提出归一化上拔速率vs/Cv（其中v为实际上拔速率,s为排水路径,Cv为固结系数）对桶形基础上拔过程的排水条件进行划分.根据破坏模式及抗拔力各组分比重提出了桶形基础在不排水和完全排水条件下上拔承载力计算公式,在此基础上建立了归一化的上拔承载力与桶形基础几何形状L/D、归一化上拔速率vs/Cv以及土体强度之间的对应关系,并提出了部分排水条件下上拔承载力计算方法.结合算例给出了该成果在工程上的应用步骤和方法,成果可直接用于工程设计.
【文章来源】：天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020,53(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不排水承载力系数与理论解比较
础直径为D，裙板入土深度为L，基础厚度为t，建立D＝5.00m，t＝0.03m，L＝0.50m、1.25m、2.50m、3.75m、5.00m(即L/D＝0.10、0.25、0.50、0.75、1.00)的有限元模型，对不同长径比L/D及上拔速率下桶形基础上拔承载特性进行研究．假设基础为刚体，采用CAX4R单元类型，其底面中心处通过设置参考点施加上拔荷载．为了减少边界效应的影响，地基沿基础径向和纵向各延伸10D＝50m，垂直边界及底部边界均约束其法向位移．由于桶形基础上拔过程中地基存在渗流及负孔压变化等现象，因此采用CAX4P单元．模型如图1所示．图1有限元网格(L/D＝0.5)Fig.1FEmesh(L/D＝0.5)1.2土质参数假设地基为均质各向同性的高岭土，处在完全饱和状态且水的流动满足达西定律．土体在自重以及6kPa附加应力作用下完成固结，其力学行为符合修正剑桥模型[26]，故土体初始屈服面大小可以表示为202qppMp(1)式中：M为p-q空间临界状态线(CSL线)斜率；p、q分别为正应力与偏应力，kPa．初始孔隙比可以定义为010ceelnp()lnp(2)式中：为e-lnp′空间正常固结线(NCL线)的斜率；κ为e-lnp′空间卸载再加载线(OCL线)的斜率；p0为初始平均应力，kPa；pc为前期固结压力，kPa；e1为e-lnp′空间p′＝1kPa时NCL线上的孔隙比．各个参数取值如表1所示．表1修正剑桥模型参数值Tab.1ValuesofMCCparameters参数数值p′-q′空间CSL线斜率M0.92e-lnp′空间NCL线斜率λ0.205e-lnp′空间OCL线斜率κ0.044e-lnp′空间CSL线上p′＝1kPa时的孔隙比ecs2.14土体有效重度γ′/(kN·m-3)6土体泊
，当上拔速率较大时，如V＞102时，随上拔速率增大桶形基础上拔承载力保持不变，可认为其处于不排水状态；当上拔速率V＜10-3时，土体中几乎没有负压的存在，此时负孔压完全消散，可认为处在完全排水状态；而当V＝10-3～102时，随着归一化速率增加，负孔压吸力占上拔承载力比重逐渐增大，说明上拔速率决定着负孔压的消散程度，此时可认为处在部分排水状态．根据上述分析，桶形基础上拔过程中排水条件可分为：V＜10-3为完全排水上拔；10-3≤V≤102为部分排水上拔；V＞102为不排水上拔．图3不同归一化上拔速率下上拔承载力-位移关系曲线Fig.3Relationcurvesbetweenupliftbearingcapacityanddimensionlessdisplacementundervariousnormalizedupliftvelocities图4不同归一化上拔速率下吸力-位移关系曲线Fig.4Relationcurvesbetweensuctionanddimensionlessdisplacementundervariousnormalizedupliftve-locities桶形基础上拔承载力不仅由负孔压吸力构成，内外侧摩阻力同样至关重要．上拔速率变化影响着负孔压消散程度，进而会对内外侧摩擦力产生影响．图5为桶形基础上拔过程中不同归一化上拔速率下内外侧摩阻力与位移关系曲线．从图5(a)可以看出，随着上拔速率增大，内侧摩阻力逐渐减小．说明上拔速率越大，负孔压吸力对桶内土体产生收缩效应，基础内壁上的法向应力减小，导致内侧摩阻力相应降低．外侧摩阻力的变化规律则有所不同，从图5(b)可以看出，当V＜1时，外侧摩阻力随上拔速率增加而逐渐增大，但当V≥1时，则与内侧摩阻力变化规律相类似．分析可知：在上拔速率较小时，基础内部负孔压向周围土体消散，此时裙板外侧的负孔压可忽
【参考文献】：
期刊论文
[1]吸力式沉箱基础极限上拔承载力的上限解[J]. 张庆海. 黑龙江科技大学学报. 2018(04)
[2]黏土地基中桶形基础抗拔承载特性有限元分析[J]. 霍知亮,闫澍旺. 土工基础. 2017(01)
[3]砂土中吸力式沉箱基础抗拔承载特性试验研究[J]. 黎冰,郑翔,高玉峰,邱月,沙成明. 岩土工程学报. 2013(05)
[4]张力腿平台整体式负压基础沉贯及抗拔模型实验[J]. 李嘉文,杨树耕,姜宜辰,邹星,张振宇,梁静. 天津大学学报. 2013(02)
[5]粉土中吸力式桶形基础沉贯及抗拔特性试验研究[J]. 朱斌,孔德琼,童建国,孔令刚,陈仁朋. 岩土工程学报. 2011(07)
[6]软土地基上箱筒型基础防波堤静力离心模型试验研究[J]. 蒋敏敏,蔡正银,徐光明,顾行文. 岩石力学与工程学报. 2010(S2)
[7]非均质软土地基上吸力式沉箱抗拔承载力数值分析[J]. 栾茂田,范庆来,杨庆. 岩土工程学报. 2007(07)
[8]吸力式桶形基础抗拔承载力特性试验研究[J]. 矫滨田,鲁晓兵,赵京,时忠民. 中国海洋平台. 2006(03)
[9]桶形基础极限承载力特性研究[J]. 张金来,鲁晓兵,王淑云,时忠民,张建红. 岩石力学与工程学报. 2005(07)
[10]动载下桶形基础的沉陷[J]. 王义华,鲁晓兵,王淑云,时钟民. 岩石力学与工程学报. 2004(S1)
本文编号：3382723
【文章来源】：天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020,53(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不排水承载力系数与理论解比较
础直径为D，裙板入土深度为L，基础厚度为t，建立D＝5.00m，t＝0.03m，L＝0.50m、1.25m、2.50m、3.75m、5.00m(即L/D＝0.10、0.25、0.50、0.75、1.00)的有限元模型，对不同长径比L/D及上拔速率下桶形基础上拔承载特性进行研究．假设基础为刚体，采用CAX4R单元类型，其底面中心处通过设置参考点施加上拔荷载．为了减少边界效应的影响，地基沿基础径向和纵向各延伸10D＝50m，垂直边界及底部边界均约束其法向位移．由于桶形基础上拔过程中地基存在渗流及负孔压变化等现象，因此采用CAX4P单元．模型如图1所示．图1有限元网格(L/D＝0.5)Fig.1FEmesh(L/D＝0.5)1.2土质参数假设地基为均质各向同性的高岭土，处在完全饱和状态且水的流动满足达西定律．土体在自重以及6kPa附加应力作用下完成固结，其力学行为符合修正剑桥模型[26]，故土体初始屈服面大小可以表示为202qppMp(1)式中：M为p-q空间临界状态线(CSL线)斜率；p、q分别为正应力与偏应力，kPa．初始孔隙比可以定义为010ceelnp()lnp(2)式中：为e-lnp′空间正常固结线(NCL线)的斜率；κ为e-lnp′空间卸载再加载线(OCL线)的斜率；p0为初始平均应力，kPa；pc为前期固结压力，kPa；e1为e-lnp′空间p′＝1kPa时NCL线上的孔隙比．各个参数取值如表1所示．表1修正剑桥模型参数值Tab.1ValuesofMCCparameters参数数值p′-q′空间CSL线斜率M0.92e-lnp′空间NCL线斜率λ0.205e-lnp′空间OCL线斜率κ0.044e-lnp′空间CSL线上p′＝1kPa时的孔隙比ecs2.14土体有效重度γ′/(kN·m-3)6土体泊
，当上拔速率较大时，如V＞102时，随上拔速率增大桶形基础上拔承载力保持不变，可认为其处于不排水状态；当上拔速率V＜10-3时，土体中几乎没有负压的存在，此时负孔压完全消散，可认为处在完全排水状态；而当V＝10-3～102时，随着归一化速率增加，负孔压吸力占上拔承载力比重逐渐增大，说明上拔速率决定着负孔压的消散程度，此时可认为处在部分排水状态．根据上述分析，桶形基础上拔过程中排水条件可分为：V＜10-3为完全排水上拔；10-3≤V≤102为部分排水上拔；V＞102为不排水上拔．图3不同归一化上拔速率下上拔承载力-位移关系曲线Fig.3Relationcurvesbetweenupliftbearingcapacityanddimensionlessdisplacementundervariousnormalizedupliftvelocities图4不同归一化上拔速率下吸力-位移关系曲线Fig.4Relationcurvesbetweensuctionanddimensionlessdisplacementundervariousnormalizedupliftve-locities桶形基础上拔承载力不仅由负孔压吸力构成，内外侧摩阻力同样至关重要．上拔速率变化影响着负孔压消散程度，进而会对内外侧摩擦力产生影响．图5为桶形基础上拔过程中不同归一化上拔速率下内外侧摩阻力与位移关系曲线．从图5(a)可以看出，随着上拔速率增大，内侧摩阻力逐渐减小．说明上拔速率越大，负孔压吸力对桶内土体产生收缩效应，基础内壁上的法向应力减小，导致内侧摩阻力相应降低．外侧摩阻力的变化规律则有所不同，从图5(b)可以看出，当V＜1时，外侧摩阻力随上拔速率增加而逐渐增大，但当V≥1时，则与内侧摩阻力变化规律相类似．分析可知：在上拔速率较小时，基础内部负孔压向周围土体消散，此时裙板外侧的负孔压可忽
【参考文献】：
期刊论文
[1]吸力式沉箱基础极限上拔承载力的上限解[J]. 张庆海. 黑龙江科技大学学报. 2018(04)
[2]黏土地基中桶形基础抗拔承载特性有限元分析[J]. 霍知亮,闫澍旺. 土工基础. 2017(01)
[3]砂土中吸力式沉箱基础抗拔承载特性试验研究[J]. 黎冰,郑翔,高玉峰,邱月,沙成明. 岩土工程学报. 2013(05)
[4]张力腿平台整体式负压基础沉贯及抗拔模型实验[J]. 李嘉文,杨树耕,姜宜辰,邹星,张振宇,梁静. 天津大学学报. 2013(02)
[5]粉土中吸力式桶形基础沉贯及抗拔特性试验研究[J]. 朱斌,孔德琼,童建国,孔令刚,陈仁朋. 岩土工程学报. 2011(07)
[6]软土地基上箱筒型基础防波堤静力离心模型试验研究[J]. 蒋敏敏,蔡正银,徐光明,顾行文. 岩石力学与工程学报. 2010(S2)
[7]非均质软土地基上吸力式沉箱抗拔承载力数值分析[J]. 栾茂田,范庆来,杨庆. 岩土工程学报. 2007(07)
[8]吸力式桶形基础抗拔承载力特性试验研究[J]. 矫滨田,鲁晓兵,赵京,时忠民. 中国海洋平台. 2006(03)
[9]桶形基础极限承载力特性研究[J]. 张金来,鲁晓兵,王淑云,时忠民,张建红. 岩石力学与工程学报. 2005(07)
[10]动载下桶形基础的沉陷[J]. 王义华,鲁晓兵,王淑云,时钟民. 岩石力学与工程学报. 2004(S1)
本文编号：3382723
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