砂土中吸力式筒型基础负压下沉减阻效果研究

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1、砂土中吸力式筒型基础负压下沉减阻效果研究StudyonReductionEffectofPenetrationResistanceforSuctionCaissonsinSand学科专业：水利工程研究生：祁越指导教师：刘润教授天津大学建筑工程学院二零一五年十二月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

2、说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日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：年月日签字日期：年月日摘要吸力式筒型基础是一种新型的海洋工程基础结构型式，由于其材料成本与安装成本低于桩基础，并且易于海上运输与安装，所以逐渐受到海上风电行业的青

3、睐。吸力式筒型基础负压下沉过程涉及到水-土-结构之间的相互作用，是一个比较复杂、前沿的课题。在密实砂土中，合理负压引起的渗流会对下沉阻力起到减阻效果，有利于下沉的完成；但过大负压引起的渗透破坏却会造成筒内土体失效，影响筒体的承载性能。因此，对合理负压的预测仍是现在工程中关注的焦点问题。本文在已有研究的基础上，针对吸力式筒型基础在密实砂土中的下沉特点，分别对不同壁厚的筒型基础进行了负压与正压两种下沉方式的模型试验。研究了两种下沉方式下筒型基础的下沉阻力分布特点，对比分析了负压下沉引起的减阻效果与减阻机理。结合试验结果对已有下沉阻力预测方法进行了改进

4、，主要内容及结论如下：1．回顾了吸力式筒型基础在海洋工程中的发展历程，提出了目前吸力式筒型基础沉放过程中存在的焦点问题，发现合理的施加负压是筒型基础成功完成沉放的关键。基于此问题对已有的研究方法及理论成果进行了总结。2．通过对比模型试验，研究了正压与负压两种下沉方式下，不同壁厚筒型基础所受土压力的变化规律。对比了两种方式的下沉阻力，结果表明负压减阻效果明显。对比了两种方式下最终土塞高度，其中负压下沉中超土塞现象明显，土塞体积与筒壁体积有关。3．研究了现有下沉阻力计算方法，其中正压下沉阻力预测结果远小于实测值。根据扩孔理论推导了外筒壁水平土压力系数

5、计算方法；通过分析筒内土塞挤压作用，得到了内筒壁土压力计算方法；基于太沙基深基础承载力理论，推导了筒端阻力计算公式；三种方法计算得到的结果与实测结果较为吻合。4．研究了筒型基础下沉负压的预测方法，已有计算方法中对于允许负压的预测过于保守，基于已有分析手段，通过数值模拟得到了负压下沉过程中筒内外孔压变化云图。参照孔压的实测结果，得到了筒内土体渗透系数的变化规律，基于此变化规律得到了新的允许负压计算公式。关键词：吸力式筒型基础，下沉阻力，减阻效果，超土塞，渗流，允许负压ABSTRACTSuctionbucketfoundationisanewtype

6、ofoceanengineeringinfrastructure,becauseofitsmaterialcostsandinstallationcostsarelowerthanpilefoundation,andiseasytotransportandinstallincostal,thusgraduallybeingoffshorewindpowerindustry'sfavor.Suctionbucketfoundationsinkingprocessinvolvestheinteractionbetweenwater-soilandst

7、ructures,isamorecomplex,cutting-edgetopics.Indensesand,seepagecausedbyreasonablenegativepressurewillcauseresistancereduction,itisconducivetothecompletionofthepenetration;butseepagedamagecausedbyexcessivenegativepressurewillcausesoilfailureinthebucketandaffectthefoundationbear

8、ingperformance.Existingprojectshowedthatthesuctionpredictioninthepen