黏土地基近海风机桶形基础累积变形研究-中国水利水电科学研究院学报.pdfVIP

第12卷 第2期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.12 No.2 2014年6月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research June，2014 文章编号：1672-3031（2014）02-0149-06 黏土地基近海风机桶形基础累积变形研究 邢占清，高季章，张金接，符 平 （中国水利水电科学研究院 北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038） 摘要：基于黏土循环累积变形的半经验公式，将土体循环累积变形等效为蠕变，形成了近海风机桶形基础累积变 形的有限元计算方法。在长期实测响水近海海域风、浪数据的基础上，以已建2MW 风机参数进行分析，得到了 不同循环作用次数下桶形基础中心沉降量、不均匀沉降量和倾斜率。计算结果表明，风机运行期内桶形基础变形 可满足风机运行要求。 关键词：近海风机；桶形基础；累积变形；循环荷载 中图分类号：TU753 文献标识码：A doi：10.13244/ki.jiwhr.2014.02.006 1 研究背景 风力发电是目前技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电方式之 一。根据中国气象局风能资源详查成果，我国近海风电开发潜力巨大：5 ~25m水深线以内近海区域、海 ［1-2］ 平面以上 70 m 高度风电可装机容量约 5亿kW 。东部沿海的经济发展和电网特点与欧洲类似，适 ［3］ 于优先大规模发展海上风电，但该区域海床普遍分布有较厚的海洋性黏土（厚度通常大于 10m） 。与 常用的桩基础相比，桶形基础安装简单、海上工期短、造价低，且一般不需进入物性较好的深部持 力层，对深厚黏土地基适应性较好。 ［4］ 近年来许多学者围绕海上风机桶形基础的极限承载特性做了大量研究工作，如刘喜珠 对饱和粉 ［5］ 砂土地基上的海上风机桶形基础破坏模式及安全性进行了研究；孙曦源 采用三维有限元分析方法 就杭州湾近海风机桶形基础稳定性进行了研究，但针对风机运行期内桶形基础累积变形的研究并不 多见。相对于其他海上构筑物而言，海上风机属高耸结构，基础承受的水平荷载和弯矩较大；风机 运行对基础倾斜率要求较高，基础设计通常由变形控制。因此，研究长期风浪作用下黏土地基桶形 基础累积变形具有重要意义。本文基于黏土循环累积变形的半经验公式，将土体循环累积变形等效 为蠕变，形成了近海风机桶形基础累积变形的有限元计算方法，并根据响水近海海域长期实测风、 浪数据，对风机运行期内桶形基础变形进行了预测研究。 2 风浪作用下黏土的变形特性 风浪等循环荷载作用下黏土会发生软化，变形具有明显的时效性，原因大致可以分为 3类：（1）循 环荷载作用下饱和黏土产生孔压；（2）循环荷载作用下主应力方向不断改变导致土体结构重塑；（3）较 ［6］ 高的循环应力作用不仅产生较高的孔压，且影响土体的原有结构 。土体的循环累积变形是一个复杂 ［6-9］ 的过程，目前主要有两种研究思路 ：（1）详细跟踪每一次动荷载作用过程，建立相应的动应力-动 应变关系，从而求得土体的累积变形，该法计算量大，对于循环次数几千次以上的情况，可能会造 成较大的计算累积误差，有时计算收敛性也是一个难以克服的问题；（2）只考虑每一次循环后的累积 收稿日期：2013-09-11 基金项目：中国水利水电科学研究院科研专项（监1423） 作者简介：邢占清（1981-），男，内蒙古卓资人，高级工程师，主要从事基础处理及海上风电方面的研究。