桶形基礎(chǔ)因其安裝方便、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于海洋工程中,在服役期間或者退役回收時會受到上拔承載力作用,準(zhǔn)確計(jì)算桶形基礎(chǔ)的上拔承載力是保證基礎(chǔ)穩(wěn)定工作和順利回收的重要前提,桶形基礎(chǔ)的上拔承載力與桶的幾何尺寸、上拔速率、土體參數(shù)以及在自重等預(yù)壓荷載下的固結(jié)情況等因素有關(guān).本文采用有限元的方法對桶形基礎(chǔ)上拔承載特性進(jìn)行研究,通過對不同長徑比、上拔速率、土體參數(shù)及預(yù)壓荷載等影響因素進(jìn)行正交組合計(jì)算,研究了其不同上拔速率下破壞模式及負(fù)壓發(fā)展規(guī)律,提出歸一化上拔速率vs/C_v（其中v為實(shí)際上拔速率,s為排水路徑,C_v為固結(jié)系數(shù)）對桶形基礎(chǔ)上拔過程的排水條件進(jìn)行劃分.根據(jù)破壞模式及抗拔力各組分比重提出了桶形基礎(chǔ)在不排水和完全排水條件下上拔承載力計(jì)算公式,在此基礎(chǔ)上建立了歸一化的上拔承載力與桶形基礎(chǔ)幾何形狀L/D、歸一化上拔速率vs/C_v以及土體強(qiáng)度之間的對應(yīng)關(guān)系,并提出了部分排水條件下上拔承載力計(jì)算方法.結(jié)合算例給出了該成果在工程上的應(yīng)用步驟和方法,成果可直接用于工程設(shè)計(jì). 

【文章來源】：天津大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2020,53(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

不排水承載力系數(shù)與理論解比較

礎(chǔ)直徑為D，裙板入土深度為L，基礎(chǔ)厚度為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，對不同長徑比L/D及上拔速率下桶形基礎(chǔ)上拔承載特性進(jìn)行研究．假設(shè)基礎(chǔ)為剛體，采用CAX4R單元類型，其底面中心處通過設(shè)置參考點(diǎn)施加上拔荷載．為了減少邊界效應(yīng)的影響，地基沿基礎(chǔ)徑向和縱向各延伸10D＝50m，垂直邊界及底部邊界均約束其法向位移．由于桶形基礎(chǔ)上拔過程中地基存在滲流及負(fù)孔壓變化等現(xiàn)象，因此采用CAX4P單元．模型如圖1所示．圖1有限元網(wǎng)格(L/D＝0.5)Fig.1FEmesh(L/D＝0.5)1.2土質(zhì)參數(shù)假設(shè)地基為均質(zhì)各向同性的高嶺土，處在完全飽和狀態(tài)且水的流動滿足達(dá)西定律．土體在自重以及6kPa附加應(yīng)力作用下完成固結(jié)，其力學(xué)行為符合修正劍橋模型[26]，故土體初始屈服面大小可以表示為202qppMp(1)式中：M為p-q空間臨界狀態(tài)線(CSL線)斜率；p、q分別為正應(yīng)力與偏應(yīng)力，kPa．初始孔隙比可以定義為010ceelnp()lnp(2)式中：為e-lnp′空間正常固結(jié)線(NCL線)的斜率；κ為e-lnp′空間卸載再加載線(OCL線)的斜率；p0為初始平均應(yīng)力，kPa；pc為前期固結(jié)壓力，kPa；e1為e-lnp′空間p′＝1kPa時NCL線上的孔隙比．各個參數(shù)取值如表1所示．表1修正劍橋模型參數(shù)值Tab.1ValuesofMCCparameters參數(shù)數(shù)值p′-q′空間CSL線斜率M0.92e-lnp′空間NCL線斜率λ0.205e-lnp′空間OCL線斜率κ0.044e-lnp′空間CSL線上p′＝1kPa時的孔隙比ecs2.14土體有效重度γ′/(kN·m-3)6土體泊

，當(dāng)上拔速率較大時，如V＞102時，隨上拔速率增大桶形基礎(chǔ)上拔承載力保持不變，可認(rèn)為其處于不排水狀態(tài)；當(dāng)上拔速率V＜10-3時，土體中幾乎沒有負(fù)壓的存在，此時負(fù)孔壓完全消散，可認(rèn)為處在完全排水狀態(tài)；而當(dāng)V＝10-3～102時，隨著歸一化速率增加，負(fù)孔壓吸力占上拔承載力比重逐漸增大，說明上拔速率決定著負(fù)孔壓的消散程度，此時可認(rèn)為處在部分排水狀態(tài)．根據(jù)上述分析，桶形基礎(chǔ)上拔過程中排水條件可分為：V＜10-3為完全排水上拔；10-3≤V≤102為部分排水上拔；V＞102為不排水上拔．圖3不同歸一化上拔速率下上拔承載力-位移關(guān)系曲線Fig.3Relationcurvesbetweenupliftbearingcapacityanddimensionlessdisplacementundervariousnormalizedupliftvelocities圖4不同歸一化上拔速率下吸力-位移關(guān)系曲線Fig.4Relationcurvesbetweensuctionanddimensionlessdisplacementundervariousnormalizedupliftve-locities桶形基礎(chǔ)上拔承載力不僅由負(fù)孔壓吸力構(gòu)成，內(nèi)外側(cè)摩阻力同樣至關(guān)重要．上拔速率變化影響著負(fù)孔壓消散程度，進(jìn)而會對內(nèi)外側(cè)摩擦力產(chǎn)生影響．圖5為桶形基礎(chǔ)上拔過程中不同歸一化上拔速率下內(nèi)外側(cè)摩阻力與位移關(guān)系曲線．從圖5(a)可以看出，隨著上拔速率增大，內(nèi)側(cè)摩阻力逐漸減�。f明上拔速率越大，負(fù)孔壓吸力對桶內(nèi)土體產(chǎn)生收縮效應(yīng)，基礎(chǔ)內(nèi)壁上的法向應(yīng)力減小，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)摩阻力相應(yīng)降低．外側(cè)摩阻力的變化規(guī)律則有所不同，從圖5(b)可以看出，當(dāng)V＜1時，外側(cè)摩阻力隨上拔速率增加而逐漸增大，但當(dāng)V≥1時，則與內(nèi)側(cè)摩阻力變化規(guī)律相類似．分析可知：在上拔速率較小時，基礎(chǔ)內(nèi)部負(fù)孔壓向周圍土體消散，此時裙板外側(cè)的負(fù)孔壓可忽

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3382723