桶形基础负压下沉静力分析

数值分析论文海上平台桶形基础沉贯过程的数值分析摘要：探讨了桶形基础沉贯过程中负压引起的渗流场分布及其对桶壁与土体间的接触应力和摩擦阻力的影响。

计算结果表明：负压沉贯过程中，桶内土体在离顶面约贯入深度一半的范围内产生负孔隙水压，该部分土体极易在负孔隙水压作用下发生破坏以至形成土塞；桶壁与土体间的接触正应力在沉贯过程中不断增加，并且与贯入深度成线性正比关系；负压主要减少桶壁内侧与土体间的摩擦力，而对桶壁外侧摩擦力无显著影响，因而，从整体上减少了桶体沉贯时所受的摩擦力。

通过与求解沉贯过程中土体应力的解析公式进行对比，印证了本文计算结果的合理性，并提出了考虑初始应力的计算沉贯过程中桶-土接触应力的简化公式。

Abstract: The main objective is to research the seepage field that induced by the negative pore pressure during the penetration process of the bucket foundation, and also, to research the seepage field's influence to the contact stress and friction resistance between soil and bucket wall. The numerical calculation result show that: during the negative pore pressure penetration process, negative pore pressure will yield in the region about half the penetration depth of bucket under the seabed. Soil in this region will destroy into soil plug easily by the effect of negative pore pressure; the contact stress between soil and bucket wall will increase in the whole penetration process, and it has linear proportionality relation with the penetration depth; the negative pore pressure could decrease the friction resistance between the soil and inside of wall, but has little influence in the friction between the soil and outside wall, therefore, the whole friction resistance in the bucket could be decreased. The calculation result's rationality is confirmed by the comparison with the analytical formula which is used to calculate the soil's stress in the installation process, and then, a simplified formula is suggested to calculate the contact stress between soil and bucket with consideration of initial stress.关键词：桶形基础；负压沉贯；渗流场；桶-土接触应力；初始应力；简化公式Key words: bucket foundation；suction penetration; seepage field；contact stress；initial stress；simplified formula中图分类号：TV223.2 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）02-0043-030引言吸力式桶形基础平台是近年来发展起来的一种新型海洋工程平台，由于它采用负压下沉施工技术，具有便于运输安装和可重复使用、造价低等优点，在浅海石油天然气资源的开采工程中有广泛的应用前景。

5.1.3 箱筒型基础结构的下沉5.1.3.1 基础结构排气自沉(1) 当基础结构定位确认无误后，船上人员将充气橡胶软管拆除，将抽气橡胶软管接在排气阀门上，并使基础结构顶板上的排气阀门处于打开状态。

操作人员完成准备工作确认无误后，全部回到定位船上，再打开定位船这端的排气阀门进行排气。

以次实现在定位船上对排气自沉，负压下沉施工进行控制，达到减少安全隐患，提高工作效率的目的[35]。

(2) 由悬浮状态下沉至泥面上30cm后，操作人员关闭排气阀门，停止排气，测量人员再次通过GPS精确定位，箱筒结构位置满足设计要求后，再次打开阀门排气，最终入土下沉。

(3) 由于原泥面的高差及土质不均，圆筒结构入土下沉会产生倾斜位移。

仔细观察筒壁上水位刻度线，如高差超过10cm，应关闭相应部位的阀门进行调整，确保箱筒基础结构顺直平稳的完成第一阶段下沉。

基础结构排气自沉如图5-3所示。

图5-3 基础结构排气自沉图5-4 基础结构负压下沉5.1.3.2 基础结构负压下沉(1) 完成基础结构排气自沉工作后，启动真空泵，进行抽水负压下沉[36]，基础结构下沉小的一侧先启动真空泵，下沉大的一侧后启动，不间断的观测筒壁水位刻度线，随时反馈，通过泵系的控制，随时调整各台泵开关，确保结构的平衡下沉，直至接近设计标高。

见图5-5。

(2) 当真空泵出口处无水排出并有泥浆出现，即可关闭各真空泵。

(3) 当潮位达到日最高潮时，再次开启泵系，通过大气压力和日最大水深压力的组和作用检验基础结构是否继续下沉，维持30~60分钟，如果结构保持不动，则下沉结束。

表5-1 箱筒结构安装质量评定表序号项目允许偏差检验方法1 轴线偏差450mm用经纬仪和钢尺量2处2 相邻圆筒顶高差200mm 用钢尺量1处3 缝宽±250mm 用钢尺量1处4 垂直度2% 用倾角仪或多功能检测尺量2处注：相邻两组间最大缝宽500mm。

结构抽真空负压下沉基础结构靠自重下沉停止后，启动抽水泵，通过抽水使筒体内外之间产生压差，给筒体施加下沉力。

黏土中桶形基础负压下沉阻力及土塞发展试验闫澍旺;霍知亮;楚剑;郭伟【摘要】桶形基础负压下沉时下沉阻力和土塞发展是桶形基础施工中的两个关键性问题.针对此问题,进行了不同土体中桶形基础下沉特性的模型试验,测量试验过程中土塞隆起高度、桶体下沉位移及施加负压值的大小.试验结果表明,当施加的负压大于所需负压时桶体才会下沉,并且土塞是阻碍桶体下沉的最主要原因.在负压下沉过程中,土塞隆起参数分别为74%,和105%,,并且当反向地基承载力破坏发生时,更多土体将会进入桶内.在实际工程中,桶内土塞的发展应作为负压下沉时施工控制的关键技术指标,并且需要对其进行实时监控,避免施工上的困难和对桶体稳定性的影响.%Penetration resistance and soil plug development are two critical issues in construction during suction cais-son penetration.Aiming at these problems,model tests were carried out to study the behavior of suction caisson penetration in different types of soils.The height of soilplug,displacement of suction caisson and applied suction pressure are measured during the model tests.The model tests show that the caisson began to install when the applied suction was greater than the required underpressure,and the soil plug is one of the key factors that interrupted the penetration process of caisson.During the process of suction penetration,the soil plug parameters were 74%,and 105%, respectively,and more volume of soil would enter the caisson when the reverse bearing failure occurs.In prac-tical construction,the development of soil plug inside caisson should be used as a key technical index during suction penetration construction.Moreover,to avoid difficulties in construction and instabilityof suction caisson,real-time monitoring should be carried out on soil plug heave.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2016(049)010【总页数】7页(P1027-1033)【关键词】桶形基础;负压下沉;土塞;允许负压;反向地基承载力【作者】闫澍旺;霍知亮;楚剑;郭伟【作者单位】天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072;爱荷华州立大学土木建筑与环境工程学院,艾姆斯 IA50011;南洋理工大学土木与环境工程学院,新加坡 639798【正文语种】中文【中图分类】TU47桶形基础是一种底端开口、顶端封闭的倒扣大直径圆桶，在原位安装时，首先依靠桶体自重和压载，使其部分插入土中，从而形成密封环境；然后连接潜水泵通过桶顶上预留的抽水口进行抽水，在桶内外压差的作用下将桶体逐步压入至海床内预定深度而完成安装[1-4]．桶形基础负压下沉时土体阻力的变化和土塞的形成发展是影响桶体沉贯进行和最终下沉深度的两个关键性问题[5]．在黏土地基中，Andersen等[6]和Dyvik等[7]对带裙的基础和锚在不同类型的平台和不同类型的载荷条件下的设计原则进行了描述，提出了沉贯阻力和承载力的计算方法．Houlsby等[8]采用解析方法，基于地基承载力原理和力的平衡原理，得出桶形基础分别在自重和吸力作用下的沉贯解析计算公式．Guo等[9]利用室内模型试验，进行吸力锚在黏土中的沉贯试验，表明在吸力沉贯过程中，负压作用对模型锚内部土体的影响很大，而对外部土体的影响很小，并且由压力沉贯向吸力沉贯转换后，土体阻力会先降低，再随着沉贯的进行逐渐增大，随后超过由压贯方式产生的土体阻力．此外，当桶形基础进行负压下沉时，若施加的负压过大，将导致桶内泥面过度隆起，从而与桶体顶盖内表面提前接触，导致负压吸力无法进一步施加，桶体无法下沉至设计深度，即出现“土塞现象”(soil plug)．1980年Grom Field在北海进行吸力锚安装时就出现“土塞现象”[10-11]．我国在渤海地区进行的几次吸力式基础下沉工程中，土塞高度大约为10～30,cm．土塞的存在，给桶形基础的施工和安装带来极大的困难，延长了海上施工作业的时间，同时过大的土塞会阻止桶形基础下沉就位，影响桶形基础竖向承载力的发挥，也将会导致其承受过大的波浪横向荷载，影响桶形基础的稳定性，同时海底水流对桶体周围土体的冲刷作用也会增强，缩短桶形基础的使用寿命、危及其安全使用[12]，因此必须将土塞高度控制在一定的量值之下．不同研究文献中，都对土塞现象进行了分析和探讨．在DNV-RP-E303[13]和API-RP-2SK[14]规范中，认为桶形基础负压下沉时，若施加的负压小于允许负压值，土塞隆起的体积等于桶壁下沉所置换的土体体积．在Whittle等[15]、Rauch 等[16]、Villalobos等[17]的研究中，也得出此结论．Andersen等[18]根据黏土中吸力锚的离心试验，表明锚壁下沉深度超过最终下沉深度的一半时，土体隆起的体积大于桶壁下沉过程中置换土体的体积．Zhou等[19-20]的研究则表明，土体隆起的体积小于桶壁下沉过程中置换土体的体积，其值约为50%,～65%,．桶形基础在负压下沉过程中，土塞隆起量不仅与土体的性质、桶体尺寸有关，更与所施加的负压大小密切相关．通过桶形基础负压下沉模型试验，对不同强度的黏土地基中桶体负压下沉时沉贯阻力和土塞的产生和发展特性进行研究，为桶形基础的施工和设计提供一定的试验依据．桶形基础下沉示意如图1所示，其中z为泥面以下深度，t为桶壁厚度，Di、Do 和D分别为桶形基础内径、外径和平均直径，H0为桶形基础的总高度，H为桶入土深度，Hp为桶内土塞高出泥面的高度，Hw为水深．设水的容重和土的浮容重分别为γw和γ′．桶形基础下沉过程中受到外部驱动力为F，桶的有效重量为．桶体在受到竖直向下作用力的同时，土体将产生抗力作用，即桶内外壁摩阻力Qin、Qout和桶底抗力Qtip．1.1 自重下沉桶形基础下沉过程依据下沉方式(即外部驱动力)的不同可分为自重下沉和负压下沉．在自重下沉阶段，驱动力仅为桶形基础的自重(包括配重)，所以F＝0．桶形基础自重下沉过程中，阻碍桶体下沉的抗力为侧壁摩阻力Qin＋Qout及桶底抗力Qtip．此时桶形基础竖向力的平衡方程为式中：M为桶形基础的质量；a为桶体下沉过程中的加速度，在下沉过程中由于下沉深度，即土体强度的不同，加速度a值随着下沉深度的变化而变化．当桶形基础在黏土地基中进行下沉时，侧壁摩阻力通过摩阻力因数乘以土体不排水抗剪强度计算得出，即式中：Hp为土塞高度；ai、ao分别为桶内、外壁摩阻力因数；su,ave为桶壁埋深H范围内土体不排水抗剪强度平均值．如果土体不排水抗剪强度随深度线性增加时，su＝su0＋kz，su,ave可计算为su,ave＝su0＋kH/2(见图1)．桶壁底部承载力的计算可根据承载力公式得出，即式中：Nc、Nq为承载力系数；su,tip为桶壁底部土体的不排水抗剪强度，su,tip ＝su0＋kH．依据式(1)～(4)，在桶形基础自重下沉过程中，竖向力的平衡方程为对于不排水条件，承载力系数Nq＝1，并假定ao＝ai＝a、D＝(Di＋Do)/2，则方程(5)可简化为1.2 负压下沉当桶形基础完成自重下沉阶段时，桶体由于下沉到泥面以下一定深度，桶内形成密封状态，此时桶内施加负压使其进入负压下沉阶段．设所施加的负压值为s，则桶内的绝对压强为pa＋γwHw－s(其中pa为大气压强)．由于施加负压的作用，在桶形基础顶部产生压力差，此时桶形基础受到额外的竖向荷载为负压值乘以桶盖内有效截面积．桶形基础在黏土地基负压下沉过程的计算中，忽略负压对桶壁摩阻力的影响，因此桶壁摩阻力的计算与自重下沉中的计算相同，即式(2)和式(3)．Houlsby等[8]指出，由于施加负压的作用，将减小沉贯时桶裙底边的端阻力，所以其底部承载力的边载项需要减去负压值，即此时桶形基础竖向力的平衡方程为根据前文分析，式(8)可简化成如果桶形基础负压下沉过程中，桶形基础以常速率下沉，负压和桶体自重组成的驱动力与土体抗力相平衡，此时桶形基础竖向力的平衡方程为桶形基础通过负压下沉达到预设深度时，DNV规范[13]和API规范[14]对于所需要的负压值sreq的计算方法基本相同，其大小为式中Ain为桶盖内有效面积．把式(10)和式(11)联立，可得为避免施加过大的负压导致桶底土体发生反向地基承载力破坏[21]，参照承载力理论，桶形基础负压下沉的允许负压值sallow为式中：Fs为安全系数，通常最小取1.5[21]．在DNV规范[13]中，采用su,ave折减到2/3的方法，来体现1.5的安全系数．为土体反向承载力系数．依据Hansen 的承载力理论，考虑基础形状修正系数sc＝1.2，以及埋深zi与直径D的比值所确定的深度修正系数，取＝6.2～9.0[22]，其计算公式为2.1 试验装置桶形基础室内模型试验装置(见图2)由4部分组成：数据采集系统、桶形基础模型、土壤固结系统以及轴向加载装置．其中试验箱为高1.4,m，直径1,m的圆柱形不锈钢桶．在制备试验土体时，为加速泥浆的固结，在桶底铺设过滤层，过滤层由两层土工布中间夹砂石组成．通过活塞压缩固结箱内的空气，泥浆中的水分通过桶底土工织物过滤层和排水管排出，从而使孔隙水压力消散，固结桶内土体．制备好试验土体后即可进行桶形基础负压下沉试验．2.2 桶形基础模型试验所用桶形基础模型长径比为2.375，内部为钢制桶壁，外侧用混凝土覆盖．桶裙底部为了负压下沉的需要，被打磨成坡度为1∶2的楔形体(被打磨的部分为混凝土桶壁，内部钢制桶壁未被打磨，其厚度为6.5,mm)．在桶形基础顶盖部位安装可拆卸的玻璃钢，在负压下沉试验中，通过激光测量桶内土体(即土塞)情况．桶形基础模型示意和尺寸如图3和表1所示．2.3 试验编号对桶形基础模型进行负压下沉试验时，每组试验按照字母数字代码表示，其释义为：桶形基础模型C(caisson model)，固结压力PC(preconsolidated pressure)，负压下沉方式IS(installation by suction)或者ISLP(suction with lower suction pressure)．所以C-106-IS即代表固结压力为106,kPa的黏土中进行负压下沉试验．2.4 试验土质情况由于高岭土是比较典型的海洋地基土，在许多海洋工程的基础承载特性研究中，高岭土被广泛地作为室内模型试验和原型试验的地基土体[23-25]．试验选择固结系数较高、低压缩性的高岭土，其基本物理力学指标如表2所示．对于试验土壤，首先把干的高岭土粉末和水在搅拌器中混合充分均匀搅拌约60,min，制成含水量为81.3%,的高岭土泥浆，然后放入固结箱中，并在不同的试验设计压力(41,kPa和106,kPa)下固结大约10,d，测定不同深度下土体的含水量和不排水抗剪强度，如图4所示．3.1 试验结果桶形基础模型的桶盖上预留了两个空气阀，一个连接施加负压装置(真空泵)，另一个连接压力传感器，测量桶形基础下沉过程中所施加的负压值．在桶体下沉过程中，采用3组滑轮限制桶体的水平位移，保证桶体垂直下沉，并通过激光传感器测量桶体下沉过程中土塞及桶体的位移，负压下沉试验照片和结果如图5和表3所示．在不同固结压力的黏土中，桶形基础在不同负压下的下沉深度百分比在45.4%,～64.3%,之间，土塞是阻碍桶体下沉的最主要原因．从图6所示的不同负压Ps下桶形基础下沉深度结果来看，负压越高桶体下沉过程越快，但较高的负压使土体更容易充满桶内空腔，使得下沉深度变小．以编号为C-41-IS的下沉试验结果为例，在下沉试验开始阶段，桶形基础在设计负压呈现常速率快速下沉．之后由于土塞充满桶内空间，在0.5,min时停止下沉，下沉深度为17.24,cm．3.2 土体下沉阻力利用式(12)和式(13)计算桶形基础下沉所需负压值sreq和容许负压值sallow，并与试验结果进行对比．在固结压力为41,kPa的土体中进行模型桶的负压下沉试验，其结果如图7所示．从图中可以看出，当施加的负压超过计算得出的所需负压时，桶形基础模型产生下沉．C-41-IS和C-41-ISLP负压下沉试验中，在下沉深度为7.5,cm之内只需自重即可下沉，此后才需要施加负压使桶体继续下沉．定义负压下沉试验中，施加的负压值s与允许负压值sallow比值的最大值为(s/sallow)max，(s/sallow)max小于1则表明所施加的负压值并未超过允许负压值，大于1则表明所施加的负压值超过允许负压值．在C-41-IS负压下沉试验中，施加的负压值较大，最大值分别为－84,kPa，超过允许负压值，其下沉深度也较小，土塞隆起高度较大，(s/sallow)max为3.25．在C-41-ISLP负压下沉试验中，所施加的负压值最大为-20,kPa，接近但未超出允许负压值，与C-41-IS试验相比，模型桶的下沉深度较大，桶内土塞高度也较低．(s/sallow)max为0.98．C-106-IS与C-106-ISLP负压下沉试验相比，C-106-IS施加的负压较大，在下沉深度为-8.3,cm和-11.8,cm之间时超过允许负压值；C-106-ISLP施加的负压值较小，未超过允许负压值．施加较大负压时，模型桶的下沉深度较小，土塞高度较高，施加较小的负压则产生相反的情况，如图8所示．需要指出，根据负压下沉后进行的桶形基础抗拔试验确定了桶壁摩阻力系数，固结压力为41,kPa时桶土摩阻力因数a＝0.42，固结压力为106,kPa时桶土摩阻力因数a＝0.15．此外，在所需负压值的计算中，由于桶壁厚度较小，Nc为黏土中条形基础的承载力系数，取Nc＝7.5．3.3 土塞的产生和发展分析当桶内土体在下沉过程中高度的变化，即土塞分析时，作出如下假定：①桶体下沉过程中，桶壁挤出的土体没有改变桶内土体初始重度；②假定土塞的产生是由于桶壁挤出的土体流入桶内所导致，即黏土体积Vs由于桶壁所占体积Vc的代替从而流入桶内，此时Vs＝mVc，m定义为土塞隆起参数．基于以上假定，可得土塞隆起高度的方程为桶形基础在负压下沉过程中，土塞隆起参数m不仅与土体的性质、桶体尺寸有关，更与所施加的负压大小密切相关．计算得到的负压下沉试验中土塞隆起参数m值见表3．对施加的负压值进行归一化处理，即由(s/sallow)max得到归一化负压与m的关系，如图9所示．由C-41-IS和C-41-ISLP、C-106-IS和C-106-ISLP两组对比试验可以看出：C-41-IS试验中归一化负压(s/sallow)max＝3.25，土塞隆起参数m＝161%,，表明土塞隆起高度超过置换作用所引起的高度，有额外61%,的土体从桶体外进入桶内；C-41-ISLP试验中(s/sallow)max＝0.98，土塞隆起参数m＝74%,．C2-106-IS试验中(s/sallow)max＝1.03，土塞隆起参数m＝133%,，土塞隆起高度超过置换作用所引起的高度，有额外33%,的土体从桶体外进入桶内；C-106-ISLP试验中(s/sallow)max＝0.54，土塞隆起参数m＝105%,．从以上分析可以看出，当所施加的负压值超过允许负压值时，过大的负压导致桶底土体发生反向地基承载力破坏，破坏的土体将在负压的作用下“吸入”桶内，导致较大的土体隆起．当所施加的负压值未超过允许负压值时，试验所得到的土塞隆起参数在74%,～105%,之间．桶形基础负压下沉时土体阻力的变化和土塞的形成发展是施工中影响桶体沉贯进行和最终下沉深度的两个关键性问题．结合桶形基础负压下沉模型试验，对桶体负压下沉时沉贯阻力和土塞的产生和发展特性进行研究．试验结果表明，在负压下沉过程中，施加的负压大于计算得出的所需负压时桶体才会下沉，其土塞隆起参数分别为74%,和105%,；当所施加的负压值超过允许负压值时，过大的负压导致桶底土体发生反向地基承载力破坏，破坏的土体将在负压的作用下“吸入”桶内导致较大的土体隆起．根据本文研究结果，在实际工程中应首先确定桶体下沉所需负压值和允许负压值的大小，使施加的负压值在这两者之间，保证桶体顺利下沉并避免土塞隆起过大．同时根据试验所得的土塞隆起参数，可预估桶体最终下沉深度，保证其承载力和稳定性的要求．此外，桶内土塞的发展应作为负压下沉时施工控制的关键技术指标，并且需要对其进行实时监控，避免过高的土塞带来施工上的困难和对桶体稳定性的影响．［1］闫澍旺，霍知亮，孙立强，等. 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桶形基础负压下沉静力分析一、引言桶形基础是一种常用的深基础形式，它主要由桩身和桶体两部分组成，可以在土体中形成较大的负压，使得桩体表面产生稳定的摩阻力，从而实现了对土层的支撑和稳定作用。

桶形基础常用于桩基工程中，尤其适用于软土地区和高地下水位地区的路桥工程、楼房基础等，因此对桶形基础负压下沉静力特性的分析和研究具有重要的工程实际意义。

二、桶形基础的结构形式和工作原理桶形基础主要由桶体和桩身两部分组成，并通常通过自重和桩基预应力来达到预期的负压效果。

桩身的形式可以是圆形、方形等，而桶体的形式一般是具有空心结构，其作用是在桩身周围形成一定程度的负压，以增加桩体的抗拔承载力和抗侧摩阻力，从而提高基础的受力性能和稳定性。

桶形基础主要通过其自身的重力和周围土体的摩阻力来形成负压效果，这样可以减小基础的下沉变形，提高基础的承载能力和稳定性。

三、桶形基础下沉静力分析桶形基础的下沉静力分析是基于桶形基础的工作原理和土体的力学特性来进行的，主要包括桶体下沉静力和桩身下沉静力的计算。

桶体下沉静力的计算是基于桶体与土体之间的力学相互作用来进行的，主要包括桶体的重力和与土体之间的压力分布。

桩身下沉静力的计算是基于桩身与土体之间的力学相互作用来进行的，主要包括桩身的自重和周围土体的摩阻力。

3.1 桶体下沉静力的计算桶体下沉静力主要是由桶体的自重和周围土体对桶体的支撑作用所形成的。

在计算桶体下沉静力时，需要考虑桶体的外形尺寸、材料密度以及周围土体的力学参数等因素。

一般来说，桶体下沉静力可以根据静力平衡原理和土体的受力特性进行近似计算，通过合理的假设和简化计算方式，可以得到桶体下沉静力的合理估计值。

四、桶形基础负压下沉静力的影响因素桶形基础的负压下沉静力受多种因素的影响，主要包括桩身和桶体的形状、材料性质和尺寸、周围土体的力学参数、下沉速率和工作环境等因素。

这些影响因素对负压下沉静力的大小和分布有着重要的影响，需要在工程设计和施工中进行综合考虑。

桶形基础负压下沉静力分析
负压下沉静力是指桶形基础在实际工程中受到的负荷作用下，其随时间的增加而发生的下沉量，是基础工程理论中的一个关键参数。

在基础设计中，需要对负压下沉静力进行分析，以保证基础的稳定性和安全性。

桶形基础是一种常用于土壤基础稳定的基础形式，其形状类似于倒置的圆锥形，可以通过扩大基础底部的面积来增强基础的稳定性。

在桶形基础设计中，需要考虑到基础底部的负压效应对基础稳定性的影响。

负压下沉静力是由于桶形基础在承载荷载作用下，底部土层受到拉力产生孔隙水压力的影响，从而导致土体底部的地下水位下降，形成了负压区域。

当荷载作用持续一段时间后，负压区域的大小和深度将会逐渐扩大，这种负压效应会使桶形基础产生下沉和变形。

为了准确分析桶形基础负压下沉静力，需要进行复杂的数值模拟和试验研究。

一般来说，可以采用有限元方法来模拟桶形基础受力状态，通过求解数学模型来分析负压效应对桶形基础下沉的影响。

具体地，可以采用ANSYS等有限元软件，建立三维模型，模拟桶形基础的受力情况，在计算过程中考虑土体的非线性特性，并对土体的变形行为进行分析。

通过模拟计算，可以得到桶形基础在负压作用下的变形和沉降情况，进而分析桶形基础的稳定性和安全性。

此外，还可以通过现场试验来验证模拟计算结果的准确性。

在试验中，应该采用不同荷载大小和作用时间的情况来模拟实际工程中的不同情况，同时观察基础的变形和沉降情况。

桶形基础负压下沉静力分析
负压下沉是液体在塑料桶形底部形成一个负压而沉积的现象。

一般来说，负压深层沉
降是由于液体高压的作用才能准确衡量的，液体的材料属性及其结构决定了沉降的深度。

塑料桶形基础负压下沉静力分析，是通过研究塑料桶底部的应力-应变关系，来确定塑料
桶形基础负压下沉由于液体力作用而发生的静力。

塑料桶形底部处于一种负压下，即一定的液体体积补充到塑料桶形底部，引起塑料桶
形底部内部形成一种静力，也就是负压下沉静力。

可见，负压下沉静力是塑料桶形基础负
压下沉发生的内部力，只要保证塑料桶形底部受到足够静力作用，就能安全有效的承受负
压下沉过程中液体对其产生的才能。

要进行塑料桶形基础负压下沉静力分析，需要计算塑料桶底部的应力-应变关系。

通
常来说，应力-应变关系是由塑料桶形底部的弹性模量和失稳模量来确定的。

塑料桶形底
部的应力-应变关系是变形过程中外部力和内部力的协同作用的结果。

通过测定塑料桶形
底部的应力-应变关系，可以计算出塑料桶形基础负压下沉静力作用大小，也可以确定塑
料桶形基础负压下沉本草深度。

因此，塑料桶形基础负压下沉静力分析以计算塑料桶形底部的应力-应变关系为基础，从而可以定量的确定塑料桶形基础负压下沉深度，为进行塑料桶形基础负压下沉操作提供
可靠的依据。

桶形基础负压下沉静力分析【摘要】本文旨在探讨桶形基础负压下沉静力分析的相关问题。

在将介绍研究背景、研究目的和研究意义。

在将分别概述桶形基础负压下沉静力分析、分析设计原理、静力分析方法、数值模拟与实验验证以及影响因素分析。

在将强调桶形基础负压下沉静力分析的重要性，并总结研究成果，展望未来研究方向。

通过本文的探讨，有望为相关领域的研究提供有益的参考和指导。

【关键词】关键词：桶形基础、负压下沉、静力分析、设计原理、数值模拟、实验验证、影响因素、重要性、研究成果、未来展望。

1. 引言1.1 研究背景桶形基础负压下沉静力分析的研究背景主要是由于传统基础结构在软土地区容易产生沉降问题而引起的。

在软土地区，基础结构的沉降会对建筑物的安全性和稳定性造成不利影响，甚至可能导致建筑物的倾斜或倒塌。

寻找一种有效的方法来解决软土地区建筑物基础沉降的问题变得尤为重要。

桶形基础是一种新型的基础结构形式，其特点是在基础底部设置有一定压力的负压，通过负压作用来减小基础底部与土层间的有效应力，从而减小基础的下沉。

这种基础形式在国外已有一定的研究和应用，但在国内仍处于起步阶段。

开展桶形基础负压下沉静力分析的研究对于提高软土地区建筑物基础的抗沉降能力具有重要意义。

通过对桶形基础负压下沉静力分析的系统研究，可以为软土地区建筑物基础设计提供一种新的思路和方法，有助于提高建筑物的安全性和稳定性，为软土地区的建筑工程提供更可靠的基础设计方案。

1.2 研究目的本文的研究目的是为了探讨桶形基础负压下沉静力分析的相关问题，通过理论分析和数值模拟，深入探讨桶形基础在不同条件下的静力特性以及负压下沉的影响机制。

通过对桶形基础设计原理和负压下沉静力分析方法的探讨，我们旨在为工程实践提供科学依据和设计指导，确保桶形基础在实际工程中的安全可靠性。

通过对影响因素的分析和实验验证，我们希望揭示桶形基础负压下沉静力特性的规律性，为工程设计提供更加可靠的参数参考。

桶形基础负压下沉静力分析【摘要】本文旨在探讨桶形基础负压下沉的静力分析问题。

引言部分介绍了研究背景、目的和意义，为后续研究提供了理论支持。

在首先建立了桶形基础负压下沉静力分析模型，然后深入分析了负压作用下土体的压缩性，讨论了基础下沉的计算方法，并通过实例分析阐述了桶形基础负压下沉的静力特点。

进行了参数敏感性分析，探讨了各因素对基础下沉的影响。

结论部分总结了本文的研究成果，并展望了未来进一步研究的方向。

通过本文的研究，可以更好地理解和评估桶形基础的负压下沉行为，为工程实践提供理论指导。

【关键词】桶形基础、负压、下沉、静力分析、模型建立、土体压缩性分析、计算方法、实例分析、参数敏感性分析、结论、研究背景、研究目的、研究意义、进一步研究展望1. 引言1.1 研究背景在土木工程领域，桶形基础负压下沉静力分析是一个备受关注的课题。

研究背景为，传统的基础设计往往只考虑了土体的正压力作用，而忽略了负压力的影响。

负压力是指桶形基础下部的负压区域对土体施加的拉应力，其大小与桶形基础下部的水平位移密切相关。

如果不能充分考虑负压力的影响，就有可能导致基础下沉失稳，给工程造成重大安全隐患。

目前，国内外对于桶形基础负压下沉静力分析的研究还处于初步阶段，尚未形成系统、完善的理论体系和分析方法。

有必要深入探讨桶形基础负压下沉静力分析的相关理论和方法，以提高工程基础设计的安全性和可靠性。

对于土木工程专业的研究人员和设计师来说，掌握桶形基础负压下沉静力分析的理论和方法，对于提高基础设计水平具有积极的促进作用。

本文旨在通过深入研究桶形基础负压下沉静力分析的相关内容，为工程实践提供科学的设计依据。

1.2 研究目的本文旨在通过建立桶形基础负压下沉静力分析模型，探讨负压作用下土体的压缩性，并讨论基础下沉的计算方法。

通过实例分析和参数敏感性分析，深入理解桶形基础负压下沉静力的机理，为相关工程实践提供理论指导和参考。

具体目的包括：1. 揭示桶形基础负压下沉的静力特性，探讨其影响因素和规律。

桶形基础负压下沉静力分析【摘要】本文主要围绕桶形基础负压下沉静力分析展开研究。

在首先介绍了研究背景，指出了桶形基础在工程中的应用现状；接着阐述了研究目的，即探讨桶形基础负压下沉静力分析的关键问题；最后强调了本研究的意义，即对工程建设具有重要的参考价值。

在详细介绍了桶形基础负压下沉静力分析模型的构建方法和原理，分析了桶形基础负压下沉的成因及影响因素，并提出了相应的解决方案。

最后通过案例分析验证了所提出的分析方法的有效性。

结论部分总结了桶形基础负压下沉静力分析研究的启示，指出了研究的局限性，并探讨了未来研究的方向。

本研究对于进一步完善桶形基础负压下沉静力分析方法具有一定的参考意义。

【关键词】关键词：桶形基础、负压下沉、静力分析、原因分析、影响因素、解决方案、案例分析、启示、局限性、未来研究方向。

1. 引言1.1 研究背景桶形基础负压下沉静力分析是土木工程领域的一个重要课题，随着我国城市化进程的加快，越来越多的高层建筑、桥梁、隧道等工程需要采用桶形基础结构。

而桶形基础负压下沉问题一直是工程施工和设计中的一个难点和热点问题。

研究背景主要包括以下几个方面：桶形基础负压下沉问题直接关系到工程结构的安全性和稳定性。

如果桶形基础出现了负压下沉，就可能导致整个工程结构的倾斜、裂缝和甚至倒塌，造成严重的安全事故。

桶形基础负压下沉问题也直接影响工程的使用寿命和经济效益。

一旦出现负压下沉，就需要进行维修和加固措施，给工程带来额外的成本和时间，影响工程的运行和使用。

随着基础工程设计和施工技术的不断发展，如何有效地解决桶形基础负压下沉问题，提高工程结构的稳定性和安全性，已成为土木工程领域的一个重要研究方向。

研究桶形基础负压下沉静力分析具有重要的理论和实际意义。

1.2 研究目的研究目的是为了深入探究桶形基础负压下沉静力分析的相关问题，从而为工程实践提供科学依据和技术支持。

具体来说，通过研究桶形基础负压下沉静力分析模型，可以更准确地描述其力学特性和行为规律，为工程设计和施工提供参考。

桶形基础负压沉贯过程中的比尺效应试验研究近年来，随着土工材料工程技术的不断发展，深基坑支护结构的施工方式也日渐复杂，桶形基础负压沉贯技术应运而生。

桶形基础建筑工程应用广泛，但是随着施工深度的加深，建筑面积越来越大，还是会出现很多的问题，如何让沉井施工变得更加稳定高效，成为业界需要攻克的难题之一。

本文通过实验研究桶形基础负压沉贯过程中的比尺效应，来解决这一问题。

第一步，实验对象的准备在进行实验之前，首先需要准备好实验对象，包括土体模型、负压系统、沉井等工具。

在实验对象准备好后，需要对土体模型进行处理，如去除噪声，削平表面等，然后测量模型的长度、高度等参数，以计算出模型的体积，方便后续实验的分析。

第二步，实验环境的准备进行实验需要一定的环境条件，如温度、湿度等。

为了保证实验的准确性，需要对实验室的环境进行控制，确定实验的温度及湿度等参数，并对测量仪器进行校准。

第三步，实验方法的设计对于桶形基础负压沉贯过程中的比尺效应实验，通常采用负压沉积试验的方法。

在实验过程中，需要控制沉积速度、负压值、实验时间等参数，以探究它们与比尺效应之间的关系。

第四步，数据的收集与分析在实验完成后，需要对实验过程中产生的各种数据进行收集，并使用数据处理软件进行处理。

根据实验结果，可以得出比尺效应与沉积速度、负压值、实验时间等因素之间的关系，进而得出一些实用性的结论。

第五步，实验结论的总结通过实验研究，可以得出比尺效应与沉积速度、负压值、实验时间等因素之间的关系。

在实际施工当中，根据比尺效应的研究结果，可以调整沉积速度、负压值、实验时间等因素，以提高桶形基础施工的效率和质量。

综上所述，桶形基础负压沉贯过程中的比尺效应试验研究，是近年来土工材料工程领域的一项重要研究。

通过本文介绍的实验步骤，对该领域的研究提供了一定帮助，也有助于为桶形基础负压沉贯过程中的稳定高效施工提供新的参考依据。

桶基负压沉贯下粉土中水力梯度的变化过程1 引言随着城市化进程的不断加快，基础设施建设成为了城市改造、发展的重要一环。

而对于建设中需要进行的基础工程，特别是在某些地区地质条件复杂的情况下，就需要对土壤的力学性质进行研究，以便找到更安全、更经济的施工方案和方法。

本文将介绍在粉土地区进行的桶基负压沉贯试验，以及其中涉及到的水力梯度变化过程。

2 桶基负压沉贯试验简介桶基负压沉贯试验是一种地质力学试验，是测量土壤的力学特性的方法之一。

它主要是利用负压沉贯仪测定土壤的贯入阻力、孔隙水压力等参数，进而确定粉土的力学参数，对土壤强度等进行评估。

3 粉土中水力梯度的变化过程在进行桶基负压沉贯试验时，对于粉土，其水力梯度的变化过程非常关键。

一般来说，如果在试验过程中水力梯度超过一定数值，就可能导致试验结果失真。

因此，需要控制好试验中的水力梯度。

在粉土中，一般地，当水分进入土体时，土体孔隙水压力会随之升高，从而形成一定的水力梯度。

但是在桶基负压沉贯试验中，由于所用的负压沉贯仪会进入负压状态，造成试验中粉土中的孔隙水压力下降。

在试验进行的早期阶段，由于此时孔隙水压力较高，因此负压沉贯仪前端的突出长度很短，但是试验后期水力梯度变小，孔隙水压也随之下降，因此负压沉贯仪突出长度会增加。

而在试验过程中，可以通过计算试验初期和末期负压沉贯仪前端突出长度的差值，来确定水力梯度的变化程度。

4 结论总的来说，桶基负压沉贯试验可以有效地评估粉土的力学性质，而在试验过程中，控制水力梯度的变化，则是确保试验结果准确的关键。

因此，在设计试验方案时，需要特别关注水力梯度的变化，对试验过程中的可能影响加以预测和控制。

111 /算出不同水位下桶体受力情况见图7中，由图中可以看出，当桶体没于水下时，水位高低对于应力的分布有很大影响，水位增大，应力值明显增大；并且可以得出，随埋深增加，轴向会逐渐减小；桶体径向应力随埋深呈稳定趋势。

（3）埋深为17m时，不同水位作用下桶体mises应力云图埋深为17m时，桶体全部嵌入土中，所受荷载为上部水压力见图8中，由图中可以看出，当桶体没于水下时，水位高低对于应力的分布有很大影响，水位增大，应力值明显增大；并且可以得出，随埋深增加，轴向会逐渐减小。

4.主要结论本章主要通过分析桶体结构在现场安装过程中不同状态下的受力情况，提取出桶体应力沿桶长度方向的分布。

主要结论如下：对不同埋深下桶体进行实际工况下的模拟，可以得出，土面以上的桶体应力随深度变化较小，而土面以下应力值有减小趋势，可见，土体对桶体能起到加固作用。

比较不同工况下桶体整体应力分布，不难看出，随着桶体埋深增加，桶体应力值呈增大趋势，由此得到桶体不同受力情况下最不利的受力情况，即桶体全部埋入时，轴向受力最大。

桶体在水面以上抽真空负压时，径向受力最大。

[1suct i on ca i ssons f or wind turb ines on deepwa ter.[2]DNV-RP-C202,Recommended pract i ce:buckl ings trength of she l l s.De t Norske V er i tas,2010.[3]EN 1993-1-6,Eurocode 3–des ign of s tee ls tructures–part 1–6:s trength and s tabi l i tyof she l l s tructures,1997.[4]Eid H T.Bearing Capaci ty and Set t l ementof Skirted Shallow Foundations onSand[J].International Journal ofGeomechani cs,2012,13(5):645一652.图5 地基土体模型图6 埋深9m 应力沿桶高方向分布值图7 埋深13m应力沿桶高方向分布值图8 埋深17m应力沿桶高方向分布值图4 埋深17m桶形基础概况图2 埋深9m桶体受力情况图3 埋深13m桶体受力情况（a）轴向应力分布（b）径向应力分布（a）轴向应力分布（b）径向应力分布（a）轴向应力分布（b）径向应力分布112/ 珠江水运·2019·12。

桶形基础负压下沉静力分析负压下沉静力是桶形基础的一种重要静力行为，在土工领域得到广泛研究和应用。

本文将对桶形基础负压下沉静力进行分析，并探讨其对基础稳定性的影响。

桶形基础的负压下沉静力主要包括两部分：桶形基础的上拱曲率下沉和基础底部边缘处的压力分布。

在不考虑桶形基础底部土体变形的情况下，桶形基础上拱曲率下沉会导致基础底部产生一个向上的负压，形成一个与桶形基础形状相似的反力。

当基础底部变形时，底部土体产生弹性应变，从而导致底部压力分布的变化。

因此，桶形基础的负压下沉静力分析需要同时考虑上拱曲率下沉和基础底部土体变形两个方面。

在实际工程中，桶形基础的负压下沉静力是由基础荷载和土体自重共同作用产生的。

基础荷载将会导致基础底部土体的弹性应力分布，在桶形基础边缘产生一个向上的力，从而使得底部土体发生变形，进而影响负压反力。

土体自重是一种重力作用，其导致桶形基础上拱曲率下沉，同时也对基础底部产生压力。

在桶形基础负压下沉静力分析中，关键的问题是需要确定基础底部土体的变形情况和反力大小。

这可以通过数值计算或物理试验来确定。

数值计算方法包括有限单元法和边界元法，可以通过输入不同的荷载和地基土体参数进行模拟计算得到基础底部土体的应力应变分布和负压反力大小。

物理试验可以模拟实际工程情况，通过测量载荷和变形等参数，得到负压反力大小和基础底部土体的变形情况。

综上所述，桶形基础负压下沉静力是一个复杂的问题，需要同时考虑多种因素，包括基础荷载、土体自重、基础形状和土体性质等。

在工程实践中，需要对桶形基础的负压下沉静力进行充分的分析和考虑，以确保基础的稳定性和安全性。

桶形基础负压下沉静力分析随着城市化进程以及地铁、水利、能源工程等建设的不断拓展，对于基础沉降和地下结构的安全性要求越来越高。

针对传统的基础负压降水方法存在的一些问题，如难以满足深基坑施工水平条件、处理液位下降慢、泥土颗粒容易流失等，提出了一种新型的基础负压下沉静力法，被广泛应用于建筑物基础降水、桥梁基础降水等领域。

基础负压下沉静力法既能解决传统降水法的一些问题，又能够实现基础的安全降水，因此得到了越来越广泛的应用。

其原理是，通过在基础底部形成一定的负压区域，使周围地层水向负压区域流动，从而达到降低地下水位的目的。

具体可分为以下几步：1. 在基础底部设置负压节点。

负压节点的设定应结合地质条件、施工工艺和工程要求来确定。

2. 安装负压施工管道并进行密封处理。

负压施工管道应该用PVC-U塑料管道，其密封性能好，耐化学腐蚀能力强。

3. 启动负压系统。

负压系统的启动应根据实际情况来决定。

一般情况下，负压系统应在基础施工开始前预先启动，并保持稳定。

4. 基础施工。

在负压系统稳定运行的情况下，进行基础施工。

施工过程中应注意监测负压和水位的变化情况，及时调整和处理。

通过以上步骤可以控制地下水位的降低和基础的稳定，达到安全的目的。

同时，基础负压下沉静力法还具有如下几个优点：1. 适用性广。

可以适用于各种地基类型，包括松散土、黏性土、坚硬岩石等。

2. 工艺简单。

基础负压下沉静力法实施简单，不需要复杂的施工设备和技术。

3. 环境友好。

基础负压下沉静力法不会对周围环境产生污染，并且可以避免地下水被污染。

综上所述，基础负压下沉静力法是一种适用性广、工艺简单、环境友好的降水方法，能够有效地控制地下水位的降低，维护基础的稳定。

在未来的建设过程中，基础负压下沉静力法将会得到更多的应用和推广。

桶形基础负压下沉静力分析桶形基础是一种常见的地基结构形式，它广泛应用于建筑物、桥梁、码头等工程中。

在一些特殊的地质环境中，为了增加基础的稳定性，可以采用桶形基础，通过在基础下部施加负压形成下沉静力，提高基础的承载能力。

在桶形基础负压下沉静力分析中，首先需要确定地下水位、土壤参数、桶形基础的几何形状等信息。

然后，可以使用下面的步骤进行分析。

确定桶形基础的几何形状，包括桶形基础的高度、底面半径等参数。

需要确定桶形基础下方土壤的类型和物理参数，如压缩模量、剪切强度等。

这些参数可以通过现场勘探和室内试验获得。

然后，通过分析桶形基础的受力情况，计算桶形基础的垂向力和水平力。

桶形基础受到的垂向力包括有效应力和静水压力两部分。

有效应力可以根据土壤的重度和桶形基础的高度计算得到，而静水压力可以根据地下水位的高度和土壤的饱和度计算得到。

水平力则可以根据土壤的内摩擦角、单轴剪切强度等参数计算得到。

接着，计算桶形基础的下沉静力。

在负压作用下，桶形基础的下沉静力可以通过下面的公式计算得到：F = p * AF表示桶形基础的下沉静力，p表示桶形基础下部土壤的负压大小，A表示桶形基础底面的面积。

根据桶形基础的承载能力进行判断。

桶形基础的承载能力可以通过计算桶形基础的下沉量和与土壤的摩擦力来确定。

如果桶形基础的承载能力大于所受力量，则桶形基础是稳定的；反之，则需要进一步加固桶形基础或采取其他措施。

桶形基础负压下沉静力分析是一种常见的地基分析方法。

通过确定桶形基础的几何形状和土壤参数，计算桶形基础的受力情况和下沉静力，可以评估桶形基础的稳定性和承载能力，从而指导实际工程设计和施工。

浅水软地基海区桶形基础平台的沉贯技术初新杰【摘要】In order to utilize buck foundation platforms for oil extraction in liaodong Bay of Bohai Sea, the technical scheme of anti- scour and inclination adjustment for the bucket foundation platforms was formulated based on the mechanism of negative pressure installation according to its hydrogeological conditions. The suction penetration tests and static force penetration tests were carried out in laboratory. The pumping modules for the suction penetration were designed. The suction installation technology was successfully applied in the JZ9-3W bucket foundation platform so as to provide a set of repeatable pumping module and suction installation technology for buck foundation platforms in shallow water area with weak soft ground and serious seabed scour.%为了在渤海辽东湾海域应用桶形基础采油平台,针对该海域水文地质状况,在负压安装机理研究的基础上制定了桶形基础防冲淘、平台沉贯整体倾斜调整的技术方案,开展室内负压沉贯与静力压贯试验,设计了负压沉贯抽吸泵组模块,并成功应用于JZ9-3W桶形基础平台的海上安装,为在表层地基软弱、海底冲淘严重的浅水区安装桶形基础平台提供了一套可重复利用的抽吸泵组模块和负压安装技术.【期刊名称】《水利水电科技进展》【年(卷),期】2011(031)005【总页数】5页(P68-72)【关键词】桶形基础平台;负压安装;浅水海区;软地基;防冲淘;物理模型试验;渤海辽东湾海域【作者】初新杰【作者单位】中国海洋大学工程学院,山东青岛266003;胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营257017【正文语种】中文【中图分类】TE54海上桶形基础平台是20世纪90年代出现的海上新型采油平台[1],利用平台自重将桶体插入海底一定深度,形成封闭的空间,利用负压技术将桶体贯入海底预定深度,使其承受水压力,并且可以通过向桶内加压使桶体从地基中拔出,实现平台移位和重复使用[2-3]。

筒型基础静压沉放阻力与负压沉放渗流场分析筒型基础能否顺利安装就位，是其实现工程应用的前提。

筒型基础沉放分为自重（静压）沉放和负压沉放两个阶段。

本文结合模型试验，通过有限元方法，对筒型基础在砂土和粘土中的静压沉放挤土效应以及沉放阻力特性进行分析，同时针对负压沉放阶段土体的渗流场和临界负压进行了研究，主要内容如下：（1）首先研究筒型基础在砂土中静压沉放过程。

针对贯入模拟中网格扭曲过大的问题，采用ALE方法，并考虑筒-土摩擦，实现了筒型基础从土表面到预定深度连续沉放全过程的动态数值模拟。

数值分析结果同试验实测符合良好，证明了该方法在模拟贯入问题的可靠性。

分析数值模拟结果中筒壁内外侧土体应力场、位移场以及最大主应力矢量，阐释了筒壁内侧挤土效应远大于外侧的挤土机理及筒壁贯入过程中的“土拱”效应。

之后对剪胀角、内摩擦角以及筒-土接触面摩擦系数进行参数敏感性分析，为该类贯入问题参数选择提供参考。

最后依据数值分析及试验实测结果，考虑筒壁内外侧挤土效应的差异，对传统阻力计算公式进行改进，并利用改进后公式计算沉放总阻力，讨论筒型基础在砂土中静压沉放的阻力特性。

（2）参照单筒模型试验，建立有限元模型模拟了筒型基础在粘土中连续沉放的动态过程。

分析筒壁内外侧土体的应力场和位移场，阐述筒型基础在粘土中沉放的挤土效应。

根据沉放过程中内外壁摩阻力、端阻力及总阻力随沉放深度变化曲线，分析筒型基础在粘土中的沉放阻力特性。

最后对带分舱板的海上风机复合式筒型基础建立沉放模拟数值模型，分析其沉放过程中阻力特性。

（3）筒型基础沉放过程是“土体—渗流—结构”耦合作用的过程。

运用有限元方法对单筒负压沉放过程进行渗流/应力耦合的瞬态分析，建立不同渗透系数的多个渗流计算模型，定性分析了土体渗透性能对负压减阻效应的影响。

将砂土中瞬态分析结果同传统稳态分析对比，可知，稳态分析算得的临界负压较大，偏于危险。

之后对带分舱板的复合型筒型基础负压沉放的渗流场进行了稳态分析，得到分舱板对渗流场及临界负压的影响。