近海風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)系統(tǒng)安全性評估與監(jiān)測技術(shù)研究.pdf

1、近海風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)系統(tǒng)的安全評估涉及到兩方面的內(nèi)容：土體狀態(tài)評估和樁體狀態(tài)評估，土體與樁體的安全狀態(tài)是相互聯(lián)系的，海床失穩(wěn)是兩者聯(lián)系的交叉點(diǎn)?；诖耍疚囊詵|海大橋海上風(fēng)電場為工程背景，圍繞海床失穩(wěn)、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、海床失穩(wěn)對近海風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的影響等問題開展了系統(tǒng)的研究，并在此基礎(chǔ)上制定了近海風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)系統(tǒng)的監(jiān)測方案，編制了相應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)處理軟件。
　　 利用分離變量法，將經(jīng)典二維Biot固結(jié)模型的求解問題轉(zhuǎn)化為復(fù)系數(shù)線性齊次常微分方程的求解

2、；進(jìn)而，引入復(fù)波數(shù)的概念構(gòu)造水平位移的通解，最終得到了Biot固結(jié)模型的顯式通解。將求得的解析解與前人的工作和數(shù)值解進(jìn)行了比較?；诮馕鼋?，通過大量的算例對波浪荷載作用下海床內(nèi)的孔壓分布、應(yīng)力分布和位移分布進(jìn)行了詳細(xì)的分析，得出了若干結(jié)論，可為海洋結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供參考。
　　 經(jīng)典的Biot固結(jié)模型不能考慮圍壓和側(cè)向排水條件的影響，本文對經(jīng)典Biot固結(jié)模型進(jìn)行了擴(kuò)展，基于摩爾庫倫準(zhǔn)則建立了基于總應(yīng)力法的海床剪切破壞準(zhǔn)則，結(jié)合

3、Okusa液化準(zhǔn)則，對東海大橋海上風(fēng)電場場地穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，討論了平均波高、設(shè)計(jì)波高和破碎波高三種波況下場地土體有效應(yīng)力、振蕩應(yīng)力及應(yīng)力角的變化情況，得到了波高對海床穩(wěn)定性的影響規(guī)律。
　　 基于擴(kuò)展Biot固結(jié)模型和虛擬樁技術(shù)，建立了海洋環(huán)境下樁-土相互作用問題的數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用FlexPDE對此數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了數(shù)值求解，得到了作用于樁體上的側(cè)向土壓力的數(shù)值解。該數(shù)值解綜合了波浪要素、海床土體條件以及樁體特性等多方面的影響，具

4、有明確的物理意義。在現(xiàn)場試樁比較困難的情況下，此數(shù)值解可為海洋樁基的設(shè)計(jì)提供參考。
　　 基于東海大橋海上風(fēng)電場的場地勘察資料，針對1.25MW風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)了兩種風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，即：單樁和三腳架基礎(chǔ)。應(yīng)用ANSYS建立了兩種基礎(chǔ)的有限元模型，分別進(jìn)行了線性靜力分析、非線性靜力分析、模態(tài)分析和動力分析，比較了兩種基礎(chǔ)的承載性能，可為近海風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的選型提供參考。
　　 從海床的宏觀力學(xué)性能方面出發(fā)，將波浪-海床相互作用系統(tǒng)簡化為一簡單

5、的力學(xué)模型，推導(dǎo)了波浪作用下二維海床土體的側(cè)向位移分布，并與數(shù)值結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了模型的有效性。基于此簡化模型，可以開展海床穩(wěn)定性評價及海洋環(huán)境下被動受荷樁的響應(yīng)分析方面的工作。以東海大橋海上風(fēng)電場為工程背景，應(yīng)用支座位移加載法與動力p-y曲線相結(jié)合的方法研究了海床失穩(wěn)對近海風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)的影響。研究中綜合評估了海床失穩(wěn)情況下不同參數(shù)對近海風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)響應(yīng)的影響，包括土體運(yùn)動幅值的大小、土層滑移的厚度、土體運(yùn)動的輪廓及波流荷載和海床失穩(wěn)