Undrained Bearing Capacity of Suction Caissons for Offshore Wind Turbine Foundations by Numerical Limit Analysis     

Hao Wang  Xiaohui Cheng 《Marine Georesources & Geotechnology》2016,34(3):252-264

Determining the ultimate capacity of suction caissons in response to combined vertical, horizontal, and moment loading is essential for their design as foundations for offshore wind turbines. However, the method implemented for stability analysis is quite limited. Numerical limit analysis has an advantage over traditional limit equilibrium methods and nonlinear finite element methods in this case because upper and lower bounds can be achieved to ensure that the exact ultimate capacity of the caisson falls within the appropriate range. This article presents theories related to numerical limit analysis. Simulations are conducted for centrifuge model tests, the findings of which reveal the ability of numerical limit analysis to deal with the inclined pullout capacity of suction caissons. Finally, this article proposes an estimation of the ultimate capacity of a 3.5 MW offshore wind turbine foundation on normally consolidated clay based on the typical environmental parameters of Bothkennar, Scotland. Undrained failure envelopes and safety factors are obtained for suction caissons with different embedment ratios. Failure mechanisms, plastic zones, clay stress distributions, and the influence of the skin friction coefficients of caissons are discussed in detail.  相似文献   

倒T型导管墙桩基防波堤桩基土抗力及稳定性简化计算方法   总被引：2，自引：0，他引：2  

张连丽  王元战  商丹 《岩土力学》2013,34(4):1131-1139

倒T型导管墙桩基防波堤作为新型港工结构,主要依靠桩基和自身重力维持稳定。以天津港水文地质条件为算例,建立三维弹塑性有限元模型,通过荷载-位移关系曲线,确定稳定性安全系数。分析极限状态下桩基沿环向与竖向的土压力分布,得出桩侧极限水平土抗力,并将有限元结果与美国规范API土抗力计算方法进行比较。造成防波堤结构失稳的原因主要有两个,即结构自身无法满足强度要求和土体达到极限。结构自身强度达到极限时,可用p-y曲线有限差分迭代法求取安全系数;土体达到破坏极限时,可分别假定转动点位于桩轴线上和偏离桩轴线两种情况,利用极限平衡法,建立抗倾稳定性简化计算方法。经验证,理论方法得到的稳定性安全系数与有限元结果比较接近。  相似文献   

砂土中吸力式沉箱基础的最佳荷载作用点位置模型试验研究     

黎冰  郑翔  高玉峰  沙成明  邱月 《岩土力学》2013,34(9):2521-2526

通过一系列模型试验研究了倾斜荷载作用下吸力式沉箱基础的最佳作用点位置,试验中考虑了荷载作用点、荷载作用角度和长径比3个重要因素。基于模型试验得到的荷载-位移曲线,采用合适的破坏标准确定了各工况下吸力式沉箱基础的抗拔承载力,根据承载力的变化规律分析确定了吸力式沉箱基础的最佳作用点位置。结果表明,荷载作用角度对吸力式沉箱基础承载力的影响显著,当荷载水平作用于基础时,其承载力最大。荷载作用点位置对吸力式沉箱基础承载力的影响取决于荷载作用角度的大小,当荷载作用角度较小时,荷载作用点位置的影响显著,且最佳作用点位置位于沉箱高度的2/3～3/4处;当荷载作用角度较大时,荷载作用点位置的影响很小,可以忽略。结合荷载与吸力式沉箱基础的转角关系,分析了荷载水平作用于最佳作用点下吸力式沉箱基础的破坏模式。  相似文献   

波浪作用下方箱-水平板浮式防波堤时域水动力分析   总被引：1，自引：0，他引：1  

陈智杰  董华洋  曾志  郑斌鑫  何佳  束芳芳  王莹辉 《台湾海峡》2012,31(1):114-120

在线性化势流理论范围内求解方箱-水平板浮式防波堤的波浪绕射和辐射问题,从时域角度分析了浮式防波堤的水动力特性.采用格林函数法将速度势定解问题的控制微分方程变换成边界上的积分方程进行数值求解,浮式防波堤的运动方程采用四阶Runge-Kutta方法求解.对不同层数水平板的浮式防波堤的波浪透射系数、运动响应和锚链受力进行了计算分析,结果表明方箱相对宽度对方箱-水平板浮式防波堤的波浪透射作用有重要的影响,透射系数随着方箱相对宽度的增加而减小.对于方箱加二层水平板的浮式防波堤,在本研究的计算条件下,当方箱相对宽度从0.110增加至0.295时,透射系数从0.88减小至0.30.水平板有利于增加浮式防波堤对波浪的衰减作用,但随着水平板层数从0增加至2,这种波浪衰减作用增加的程度趋弱.方箱-水平板的浮式防波堤的运动量小于单一方箱防波堤的运动量.与此对应,方箱-水平板防波堤的锚链受力小于单一方箱防波堤的锚链受力.  相似文献   

波浪周期对防波堤护面块体稳定性影响的试验分析     

柳玉良  王海峰  卢燕 《海岸工程》2012,(3):9-14

波浪对斜坡堤护面结构的冲刷破坏作用受诸多因素的影响,如波浪要素、水深条件、坡面角度、护面块体型式等。在进行某项有关斜坡堤护面块体的课题研究中发现,当防波堤断面结构确定后,护面人工块体的稳定性主要取决于波高及波周期的变化。在进行这方面内容设计计算中,通常波高的取值都能给予足够的重视,但波周期对护面块体稳定性的影响容易被忽视。本研究通过物理模型试验,针对波浪周期对斜坡堤护面块体稳定性的影响进行了总结分析,为防波堤设计提供参考。  相似文献   

明基床上开孔沉箱总力矩试验研究     

张玉彬  孙大鹏  夏志盛 《海洋工程》2012,30(3):51-58

通过二维水槽内规则波以及不规则波作用下开孔沉箱的受力试验研究,分析研究了明基床上开孔沉箱所受的总力矩与相对基床高度、消浪室相对宽度、相对水深、波陡以及开孔率等影响因素间的相关关系,并利用最小二乘法给出总力矩比值(开孔沉箱/实体沉箱)与其影响因素间的拟合公式,同时将计算值与试验值对比,二者吻合较好,所得经验关系式可供工程设计参考。  相似文献   

波浪作用下曲面防波堤水力特性及波能损耗研究   总被引：1，自引：1，他引：0  

蒋学炼  郭少龙  李炎保 《海洋工程》2012,30(3):59-67

执行了一系列规则波与曲面防波堤相互作用实验。采用π定理确定了两种曲面防波堤(半圆堤和圆弧堤)反射透射水力特性的三个主要影响因素,包括入射波陡、相对水深和堤顶相对超高。基于实验数据对比分析了两种曲面防波堤的反射和透射特性,从能量守恒角度计算了波浪与曲面防波堤相互作用过程中的能量损耗率,并利用数值模拟探讨了波浪越堤过程中两种曲面防波堤波能损耗差异的机理,表明圆弧堤背浪面更强的尾涡区使得其局部能耗总体上高于半圆堤。  相似文献   

水平荷载作用下裙式吸力基础承载性能研究     

李大勇  曹立雪  高盟  刘炜炜 《海洋工程》2013,31(1):67-73

传统吸力基础是一个单桶结构,被广泛作为海洋平台、漂浮结构的基础,近年来也被推广到海上风电塔架。作为风电塔架基础,要充分提高其水平承载能力。为此,提出一种改进的基础形式—裙式吸力基础。采用Z_SOIL有限元软件,针对砂土地基,从水平单调加载和循环加载两个方面,对传统单桶吸力基础和裙式吸力基础进行了承载性能对比研究,得到了相应的荷载-位移曲线。研究结果表明,裙式吸力基础由于设置了"裙"结构,显著提高了其抵抗水平静载和循环水平动力荷载的能力,并能有效控制基础的水平位移,是值得推广应用的一种新型海洋工程基础形式。  相似文献   

福建崇武半月湾渔港防波堤建成后下游海滩地形变化及养护对策研究     

刘建辉  蔡锋  郑吉祥  戚洪帅  雷刚 《海洋工程》2013,31(6):110-117

渔港硬式构筑物如防波堤等对海岸的影响显著。以福建泉州崇武半月湾渔港防波堤修建前后的海滩变化为例,通过对2003²011年不同阶段海滩地貌形态、岸线变化分析以及2个海滩剖面多期监测比较发现,防波堤修建后海湾下游西侧海滩发生显著蚀退,西端侵蚀强度最大,向东(靠近防波堤遮蔽段)逐渐减小,中东部遮蔽段转为淤涨。海滩变化的主要原因:1)E2011年不同阶段海滩地貌形态、岸线变化分析以及2个海滩剖面多期监测比较发现,防波堤修建后海湾下游西侧海滩发生显著蚀退,西端侵蚀强度最大,向东(靠近防波堤遮蔽段)逐渐减小,中东部遮蔽段转为淤涨。海滩变化的主要原因:1)E^SE向主入射波浪受到防波堤的阻挡作用,在堤头发生绕射,港内波影区动力变弱;2)防波堤阻碍了从东向西的沿岸流运动,形成东向为主的沿岸输沙,使得东端发生堆积,造成下游的西侧海岸的沉积物亏损,发生侵蚀。针对海岸变化机理提出了海滩养护防御措施,并通过数值模拟预测说明养护海滩以由西向东输沙为主,年均输沙量约3万m3,堆积于遮蔽段,最后,提出采用周期性抽取遮蔽段养护沙补充到西端的方法来实现海滩循环养护。  相似文献   

Theoretical studies on penetration resistance of suction caissons in clay     

Yuqi Wu  Qing Yang 《Marine Georesources & Geotechnology》2013,31(5):558-567

ABSTRACT

The suction caisson is commonly a top-closed cylindrical steel structure with large diameter, short length and much thinner skirt wall thickness. The resistance to penetrating is calculated as the sum of the tip bearing capacity and the adhesion on the both sides of the skirt wall. Since the thickness of the skirt wall is very small, the downward adhesion produced by the skirt wall will cause the additional vertical stress and shear stress in the soil at the skirt tip level, increasing the skirt tip resistance. However, the increase in skirt tip resistance caused by the additional vertical stress rather than shear stress in soil at the skirt tip level was only considered, this may lead to an inaccurate estimation for the tip bearing capacity and the suction required. Thus, a modified slip-line field is put forward in this study to estimate the tip resistance. The expression of obtaining the minimum suction to install the suction caisson in clay is derived in terms of the force equilibrium. Results from calculations of the minimum suction have been proved to be in a good agreement with the measured data.  相似文献