筒型基础沉放过程渗流与阻力特性数值模拟研究
发布时间：2021-10-20 10:50
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...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
目录
第一章 绪论
1.1 问题的提出
1.1.1 筒型基础的由来
1.1.2 筒型基础施工沉放问题
1.2 国内外筒型基础沉放研究的内容和现状
1.3 本文的研究内容
第二章 渗流计算基本理论
2.1 渗流基本原理
2.1.1 水头与水力梯度
2.1.2 达西定律
2.2 渗流问题的基本方程
2.2.1 基本方程
2.2.2 渗流的流速势与拉普拉斯方程
2.2.3 边界条件的确定
2.3 渗流场解法
2.3.1 渗流场解法介绍
2.3.2 二维渗流的有限元方法
2.3.3 计算软件 Abaqus/Standard 简介
第三章 筒型基础负压沉放过程渗流场特性研究
3.1 均质砂土渗流场
3.1.1 计算模型信息
3.1.2 渗流场计算结果
3.1.3 等效渗径
3.1.4 临界负压计算
3.2 大型筒型基础结构沉放渗流场特征
3.2.1 大型厚壁筒型基础结构
3.2.2 渗流场特征
3.2.3 等效渗径与临界负压
3.2.4 负压驱动效果
3.3 渗透系数变化对渗流场的影响
3.3.1 影响土渗透性的因素
3.3.2 考虑渗透系数变化的计算模型
3.3.3 渗透系数影响渗流效果分析
3.4 分层土质渗流场特征
3.4.1 考虑土质分层情况的计算模型
3.4.2 分层土渗流场特性
3.5 本章小结
第四章 筒型基础沉放阻力特性数值模拟研究
4.1 沉放阻力计算的有限元方法
4.1.1 渗流-应力耦合数值计算理论
4.1.2 数值计算方法与实例验证
4.2 复合式筒型基础沉放阻力特性研究
4.2.1 计算模型
4.2.2 无负压时的沉放阻力特性
4.2.3 负压对沉放阻力的影响研究
4.3 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 存在的问题与展望
参考文献
参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bearing Capacity and Technical Advantages of Composite Bucket Foundation of Offshore Wind Turbines[J]. 练继建,孙立强,张金凤,王海军. Transactions of Tianjin University. 2011(02)
[2]多筒系缆平台原型顶升试验研究[J]. 丁红岩,张浦阳. 岩土力学. 2008(06)
[3]APE400液压振动锤的改造及应用[J]. 朱连宇,王立峰. 建筑机械化. 2007(06)
[4]多筒基础平台自浮拖航系拖点位置试验分析[J]. 丁红岩,王高峰,刘建辉. 天津大学学报. 2007(05)
[5]土体内外摩擦及摩擦强度试验研究[J]. 汤连生,张鹏程,王洋,杜赢中. 岩石力学与工程学报. 2004(06)
[6]单桶负压下沉过程中土体与桶形基础的相互作用[J]. 王庚荪,孔令伟,杨家岭,孙东昌,王泉. 岩土力学. 2003(06)
[7]海上吸力锚负压下沉渗流场的特性分析[J]. 丁红岩,张浦阳. 海洋技术. 2003(04)
[8]海上桶基平台桶形基础渗流场的模型试验研究[J]. 严驰,魏世好,杨树耕,徐松森,初新杰,洪学福. 海岸工程. 2003(03)
[9]饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型[J]. 李培超,孔祥言,卢德唐. 水动力学研究与进展（A辑）. 2003(04)
[10]广州番禺南沙蒲洲海堤护岸工程大直径钢圆筒振动下沉设备及工艺的研究与应用[J]. 袁孟全,徐文华,李永全,刘风松. 中国港湾建设. 2003(04)
本文编号：3446775
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
目录
第一章 绪论
1.1 问题的提出
1.1.1 筒型基础的由来
1.1.2 筒型基础施工沉放问题
1.2 国内外筒型基础沉放研究的内容和现状
1.3 本文的研究内容
第二章 渗流计算基本理论
2.1 渗流基本原理
2.1.1 水头与水力梯度
2.1.2 达西定律
2.2 渗流问题的基本方程
2.2.1 基本方程
2.2.2 渗流的流速势与拉普拉斯方程
2.2.3 边界条件的确定
2.3 渗流场解法
2.3.1 渗流场解法介绍
2.3.2 二维渗流的有限元方法
2.3.3 计算软件 Abaqus/Standard 简介
第三章 筒型基础负压沉放过程渗流场特性研究
3.1 均质砂土渗流场
3.1.1 计算模型信息
3.1.2 渗流场计算结果
3.1.3 等效渗径
3.1.4 临界负压计算
3.2 大型筒型基础结构沉放渗流场特征
3.2.1 大型厚壁筒型基础结构
3.2.2 渗流场特征
3.2.3 等效渗径与临界负压
3.2.4 负压驱动效果
3.3 渗透系数变化对渗流场的影响
3.3.1 影响土渗透性的因素
3.3.2 考虑渗透系数变化的计算模型
3.3.3 渗透系数影响渗流效果分析
3.4 分层土质渗流场特征
3.4.1 考虑土质分层情况的计算模型
3.4.2 分层土渗流场特性
3.5 本章小结
第四章 筒型基础沉放阻力特性数值模拟研究
4.1 沉放阻力计算的有限元方法
4.1.1 渗流-应力耦合数值计算理论
4.1.2 数值计算方法与实例验证
4.2 复合式筒型基础沉放阻力特性研究
4.2.1 计算模型
4.2.2 无负压时的沉放阻力特性
4.2.3 负压对沉放阻力的影响研究
4.3 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 存在的问题与展望
参考文献
参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bearing Capacity and Technical Advantages of Composite Bucket Foundation of Offshore Wind Turbines[J]. 练继建,孙立强,张金凤,王海军. Transactions of Tianjin University. 2011(02)
[2]多筒系缆平台原型顶升试验研究[J]. 丁红岩,张浦阳. 岩土力学. 2008(06)
[3]APE400液压振动锤的改造及应用[J]. 朱连宇,王立峰. 建筑机械化. 2007(06)
[4]多筒基础平台自浮拖航系拖点位置试验分析[J]. 丁红岩,王高峰,刘建辉. 天津大学学报. 2007(05)
[5]土体内外摩擦及摩擦强度试验研究[J]. 汤连生,张鹏程,王洋,杜赢中. 岩石力学与工程学报. 2004(06)
[6]单桶负压下沉过程中土体与桶形基础的相互作用[J]. 王庚荪,孔令伟,杨家岭,孙东昌,王泉. 岩土力学. 2003(06)
[7]海上吸力锚负压下沉渗流场的特性分析[J]. 丁红岩,张浦阳. 海洋技术. 2003(04)
[8]海上桶基平台桶形基础渗流场的模型试验研究[J]. 严驰,魏世好,杨树耕,徐松森,初新杰,洪学福. 海岸工程. 2003(03)
[9]饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型[J]. 李培超,孔祥言,卢德唐. 水动力学研究与进展（A辑）. 2003(04)
[10]广州番禺南沙蒲洲海堤护岸工程大直径钢圆筒振动下沉设备及工艺的研究与应用[J]. 袁孟全,徐文华,李永全,刘风松. 中国港湾建设. 2003(04)
本文编号：3446775
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