近海吸力式桶形基础长期循环效应及控制

吸力式桶形基础是海上油气开发平台和风电机组的一种重要基础型式。在周期风、浪产生的复合循环荷载作用下，吸力式桶形基础的循环累积变形以及承载力和刚度变化等长期循环效应是需解决的关键科学问题。.本项目依托国家重大需求，首先采用土体排水循环三轴试验和土结界面长期循环直剪试验获得土单元体和土结界面的长期循环特性，然后通过吸力式桶形基础的三向复合单调加载大比例模型试验建立桶土相互作用模型及相应的承载力分析方法；在此基础上，开展吸力式桶形基础的长期循环加载大比例模型试验，结合相应的三维数值分析方法，深入揭示桶基长期循环累积变形发展及承载力和刚度变化的机理，建立相应的长期循环效应量化分析模型和评价方法，提出有效的控制措施。研究成果将丰富和发展吸力式桶形基础的分析理论和设计方法，为我国近海油气和风电战略开发提供重要的科学和技术支撑。

吸力式桶形基础是海上油气开发平台和风电机组的一种重要基础型式。该项目针对周期性风、浪产生的三向复合荷载作用下吸力式桶形基础长期循环效应问题，取得主要进展如下：.（1）获得了水平循环荷载下吸力式桶形基础被动区土体的应力路径，针对性开展了黄海典型粉质砂土和南海典型软土的三轴循环剪切试验，提出了表征砂土循环剪切过程致密化效应的累积变形显式计算模型，通过循环弱化因子诠释了软土循环剪切过程中的应变软化与桶周土水平抗力割线模量的内在关联，为海洋基础长期循环累积变形数值分析提供必要的土体模型。.（2）针对近海风机基础严格的变形控制难题，建立了砂性土地基硬化型水平抗力模型，突破了传统模型“屈服型”的假定；在此基础上，提出了吸力式单桶基础基于变形控制的三向复合承载力解析解，弥补了目前极限承载力分析模型难以进行基础变形分析的问题；揭示了砂土中桶形基础循环累积变形与循环次数的双对数线性关系，建议了软粘土中桶基割线循环弱化因子，提出了基础循环累积变形评估方法和控制准则。.（3）提出了砂土和软土中多桶基础中单桶在不同破坏模式下抗拔承载力的计算公式，提出了考虑桶基贯入过程土体大变形和应变软化的受力变形数值分析方法，揭示了多桶基础倾覆承载力和刚度随循环次数变化规律，提出了多桶基础单调和循环倾覆承载力的计算公式。.（4）提出了输电杆塔吸力式桶形基础关键技术；研发了振动式吸力式桶形基础调平装置。. 共发表和录用相关学术论文17篇（均标注该项目资助），其中在《Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE》、《Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, ASCE》及《Canadian Geotechnical Journal》等国外本领域主流期刊上发表SCI收录论文4篇、录用2篇，发表EI收录论文8篇。授权国家发明专利3项，获高等学校科学技术进步二等奖。项目负责人受邀参编国家标准《海上风力发电场设计规范》，是地基基础部分唯一来自高校的参编人；受邀参编国家行业标准《海中架空输电线路设计技术规程》；该项目研究成果为两部标准提供了重要理论和方法支撑。成功举办“第一届海洋岩土工程青年论坛”，多次受邀做国际/国内学术会议报告。