运动海床对近海风机单桩基础的影响

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1、2011年10月水运工程Oct.2011第10期总第459期Port&WaterwayEngineeringNo.10SerialNo.459·地基与基础·*运动海床对近海风机单桩基础的影响张永利，李 杰（同济大学土木工程学院建筑工程系，上海200092）摘要：以东海大桥海上风电场为研究背景，首先基于Biot固结理论求解了不同波况下多层非均质土体的位移、超孔压的分布，讨论了波浪荷载对海床运动的影响。而后基于土体位移计算结果，应用支座位移加载法与p-y曲线法相结合的方法，求解了运动海床作用下近海风机单桩基础的

2、内力和变形，并将其结果与不考虑运动海床作用的结果进行了对比。对比结果显示：运动海床对桩身的变形影响显著，设计中有必要进行运动海床作用下的变形校核。关键词：海洋工程；桩基；Biot固结理论；有限元；线性波中图分类号:TV135.6文献标志码：A文章编号：1002-4972(2011)10-0115-05EffectofseabedmotiononoffshorewindturbinemonopileZHANGYong-li,LIJie(BuildingDepartmentofCivilEngineeringI

3、nstitute,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:TakingDonghaibridgeoffshorewindfarmasthebackground,thispaperfirstlycalculatesthedisplacementandexcessporepressureofmulti-layernon-homogeneoussoilbasedonBiotconsolidationtheory,andmakesadiscussiononthe

4、effectofwaveloadontheseabedmotion;then,basedonthedisplacementresults,thispaperobtainstheinternalforcesanddeformationsofoffshorewindturbinemonopolebythedynamicp-ymethodandthesupportdisplacementloadingmethod,andcomparesthemwiththeresultswithoutseabedmotion.I

5、tisillustratedthattheseabedmotionhasappreciableimpactonthedeformationofpileshaft,therefore,itisrecommendedtoperformthedeformationcheckconsideringseabedmotion.Keywords:oceanengineering;pilefoundation;Biotconsolidationtheory;finiteelement;linearwave海洋环境下桩-土相

6、互作用问题包括两更是少见。近海风机单桩基础多为大直径基础，方面的研究内容：1）波浪与海床的相互作直径一般在3~5m，最大可达8m。传统规范中建用；2）海床与桩的相互作用。第一方面的研究议的设计方法，如张有龄法、K法、m法和C法等即是海床失稳问题研究，关于这方面的研究国均是基于小直径桩的试验成果，对于大直径桩基外最早开始于20世纪40年代，最具代表性的是础的适用性值得推敲。海洋桩基的设计多是基于[1-3][4][7]Yamamoto和Gade等所做的工作。海床与桩p-y曲线法，该方法是Matlock于1970

7、年提出的，的相互作用问题的研究，最具代表的是Poulos等该方法也不能考虑海床运动对桩基承载性能的影[5-8]所做的工作。然而，将这两方面的研究工作结响。为此，本文以东海大桥海上风电场为研究背[8]合起来研究海洋环境下桩-土相互作用问题，现景，首先基于Biot固结理论求解了不同波况下多在所做的工作还很少。在近海风机结构设计与分层非均质土体的位移、孔压及有效应力的分布，析中，对运动海床对风机基础承载力影响的研究讨论了波浪荷载对海床运动的影响。而后将海床收稿日期：2011-03-22*基金项目：“十一五”国家科

8、技支撑计划（200611A023）作者简介：张永利（1982—）男，博士研究生，主要从事近海风机基础设计与监测技术研究。•116•水运工程2011年运动的数值解与p-y曲线法相结合，分析了运动海在一定的边界条件下，求解上述偏微分方床作用下近海风机单桩基础的承载力，并将其结程组即可得到波浪作用下海床土体位移、孔压响果与不考虑运动海床作用的结果进行对比，所得应，结合二维土体的本构方程，可求得海床土体结论可为近海风机基