海上风电单桩基础周围土体地震液化分析.pdf

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1、第47卷第4期2017年4月中国海洋大学学报PERl0DICAL0FoCEANUNIVERSITYOFCHINA47(4)：093～099Apr．，2017海上风电单桩基础周围土体地震液化分析。刘红军1，王超2(1．中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室，山东青岛266100；2．中国海洋大学环境科学与工程学院，山东青岛266100)摘要：基于室内土工动三轴土体液化试验，采用有限元分析计算与剪应力比较法相结合的综合判别方法，对于黄河三角洲地区海上风电单桩基础周围土体是否会液化进行了判断，并且通过对比不同位置处土体单元受力情况，总结出单桩基础的存在

2、对于其周围土体地震荷载作用下动力响应的影响。研究发现，土体液化只会在一定深度内发生，12m以下土体由于上覆有效应力较大基本不会发生液化。单桩基础对于桩内土体约束作用十分明显，同时会剧烈加大桩侧土体的受力。本文通过对土体施加x轴方向上的加速度的方式模拟地震作用，结果显示，位于单桩基础x轴方向上的土体单元相较于y轴方向上等距离的土体单元，受到的剪应力振荡幅度要大的多。关键词：海上风电；单桩基础；ABAQUS；地震荷载；抗液化剪应力中图法分类号：P736．1文献标志码：A文章编号：1672—5174(2017)04—093—07DOI：10．16441／j

3、．cnki．hdxb．20160118引用格式：刘红军，王超．海上风电单桩基础周围土体地震液化分析[J]．中国海洋大学学报(自然科学舨)，2017，47(4)：93—99．LIUHong-Jun，WANGChao．Studyonseismicresponseandliquefactionofsoilaroundpilefoundationofoffshorewindpower[J]．PeriodicalofOceanUniversityofChina，2017，47(4)：93—99．风能是是一种清洁、可再生的能源，尤其是海上风力发电具有风速大且稳定

4、、不占用陆地资源、建设周期短、运营成本低等优势，越来越受到重视。相关统计显示，到2013年底为止，欧洲地区已有69座海上风电场2080台海上风机运营，总装机容量超过6600MW，此外另有超过3000MW的海上风机正在建设中[1]。与此相对的，中国目前已有海上风电总装机容量约为430MW。据最新公布的数据显示2014--2016年中国计划要建成总装机容量1053MW的海上风机[2

5、。国家发改委会曾经颁布过风能资源评价技术规定，年有效风能密度能达到200W／m2以上则属于风能丰富区。据其测定，黄河三角洲的风能年平均有效小时数和年平均风功率密度均符合标准。

6、尤其是滨州市，海岸线长达240km，是中国重要的风能地区之一L3]。目前黄河三角洲地区风电项目已在规划中。海上风电项目基础型式丰富，其中应用最为广泛的是单桩基础。单桩基础施工周期短，施工工艺较为简单且价格较低，而且建成后占用海床面积最小，具有承载力高、沉降量小且均匀的特点。目前欧洲建成和规划的海上风电机组的60％左右都是采用单桩基础。东海大桥海上风电场(中国第一个建成的海上风电项目)采用了直径4．8In，长度50m的钢管桩[4]。黄河三角洲水深小于20m的滩涂和浅海区域广阔，适用目前应用较广的海上风电单桩基础。许多学者已经就海上风电单桩基础展开了研究

7、并取得了一定的成果。祁德庆等对非线性波浪作用下风机单桩基础结构响应进行研究，分析出结构顶部的位移频率谱曲线[5]。荣维栋等采用三种地震波和两种水深的波浪荷载任意组合的方式，通过ANAYS有限元模拟完成了海上风电单桩基础在波浪地震联合作用下的动力特性分析[6]。N．Alati等对带三脚架和钢支架的单桩基础在地震作用下的动力响应的研究证明了地震荷载对于桩基础受力影响显著，并对于海上工作承台的地震危险性进行了风险评估[7]。袁宇等综合利用ANAYS有限元模拟及p-y曲线法，在充分考虑桩土相互作用的前提下得到了海上风机全斜桩承台与全直桩承台在地震动力荷载作用

8、下的动力响应[8]。I．Anas—tasopoulos等通过施加地震荷载和环境荷载研究了不*基金项目：国家自然科学基金项目“波浪作用下海上风电场桩基土体液化响应研究一以黄河三角洲为例”(41572247)；山东省科技攻关资助项目“黄河三角洲海上风电场桩基设计关键技术研究”(2014GGXl04007)资助SupportedbyNationalNatureScienceFundsResearchonLiquefactionReponseofSoilBodyAroundPileFoundationofOffshoreWindTurbineUnderWav

9、eConditions--TakingYellowRiverDeltaastheCase(41572247)