海上风电宽浅式筒型基础地基承载力极限分析及试验研究

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1、海上风电宽浅式筒型基础地基承载力极限分析及试验研究LimitAnalysisandModelTestonBearingCapacityofLargeDiameterandShallowBuriedBucketFoundationofOffshoreWindPowerTurbine一级学科：船舶与海洋工程学科专业：船舶与海洋工程研究生：陈广思指导教师：刘润教授天津大学建筑工程学院二零一四年十二月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或

2、撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：

3、年月日签字日期：年月日万方数据万方数据摘要海上风电基础在正常工作状态下不仅要承受自重产生的竖向荷载，还承受括波、浪、流等因素引起的水平荷载及由上部发电机组受风力作用产生的巨大的弯矩荷载。大直径宽浅式筒型基础作为是一种新型的海上风电基础，在能够有效的承受上述荷载的同时又具有施工方便，建造成本低等优点。但因其自身具有较大的直径，并在基础边缘有一定深度的筒壁，使得该型基础在竖向、水平及弯矩荷载作用下的地基破坏模式不同于圆形浅基础，也不同于相同高径比的圆形墩式基础。针对大直径宽浅式筒型基础的地基承载力问题进行研究，其主要的研究内容及创新性成果如下：（1

4、）针对海上风电基础的受力特点研制了一套基础三自由度加载装置。围绕筒型基础的地基承载力问题进行了1g条件下的竖直向、水平向及弯矩承载力单向加载试验，并通过试验观测，获得了筒型基础单向加载条件下的地基破坏模式。（2）综合模型试验与数值分析结果，引入了竖直向土体破坏率，用于表征筒内土体的破坏程度，提出了基于Meyerhof公式和Terzaghi公式的两种筒型基础地基竖向承载模式，并采用极限分析理论建立了机动场，求解了宽浅式筒型基础竖向承载力的上限解。（3）结合块体极限分析上限规划法与基于柱坐标的有限元下限规划法，提出了基于柱坐标的块体极限分析下限规划

5、法，并由此建立了宽浅式筒型基础下限解的目标函数，等式约束条件，和不等式约束条件。通过编程求解了宽浅式筒型基础地基竖直向承载力的下限解。（4）建立了与水平向承载力模型试验相对照的数值分析模型，模拟得到了水平荷载作用下的地基破坏模式，提出了适用于宽浅式筒型基础在水平荷载作用下的地基失稳模式。引入了水平向土体破坏率，用于表征筒内土体的破坏程度，建立了机动场，求解了宽浅式筒型基础地基水平向承载力的上限解。（5）建立了与抗弯模型试验相对照的数值分析模型，模拟得到了弯矩荷载作用下地基的破坏模式，提出了适用于宽浅式筒型基础在弯矩荷载作用下的地基失稳模式。引入

6、了抗弯土体受压率，用于表征筒内土体参与抵抗弯矩的程度，建立了机动场，求解了宽浅式筒型基础地基抗弯承载力的上限解。关键词：海上风电；宽浅式筒型基础；地基承载力；破坏模式；极限分析；模型试验万方数据万方数据ABSTRACTTheoffshorewindpowerfoundationnotonlybearstheverticalloadbyitsweight,butalsobearsthehorizontalloadbywave,flowandthehugemomentloadbyactingonthetopofwindturbinesunderth

7、enormalworkingconditions.Thelargediametershallowburiedbucketfoundationisanewtypeofoffshorewindpowerfoundationwhichnotonlybearstheaboveloadsbutalsohassomeadvantagessuchasconvenientconstructionandthelowercostofconstruction.Thevertical,horizontalandoverturnbearingmechanismofthe

8、largediametershallowburiedbucketfoundationisdifferentfromboththecircularsha