3.吸力式桶形基础多桶组合结构承载力特性研究

混凝土桶形支撑结构的力学特性研究一、引言混凝土桶形支撑结构是一种常见的地下工程支撑结构，具有强度高、施工方便等优点。

然而，其力学特性在实际工程中尚未得到充分研究。

因此，本文旨在通过理论分析和数值模拟的方法，研究混凝土桶形支撑结构的力学特性，为实际工程提供理论依据和参考。

二、混凝土桶形支撑结构的基本结构及力学特性1. 混凝土桶形支撑结构的基本结构混凝土桶形支撑结构是由垂直于地面的多根钢筋混凝土桶形墙板和横向的桶形顶板组成。

桶形墙板和桶形顶板之间通过连接筋连接，整个支撑结构形成一个封闭的空间，用于支撑地下工程。

2. 混凝土桶形支撑结构的力学特性混凝土桶形支撑结构的力学特性主要包括强度、刚度、变形和屈曲等方面。

其强度取决于桶形墙板和桶形顶板的承载能力，刚度取决于桶形墙板和桶形顶板的刚度，变形取决于桶形墙板和桶形顶板的变形，屈曲则是指桶形墙板和桶形顶板产生破坏的情况。

三、混凝土桶形支撑结构力学特性的分析方法1. 理论分析方法理论分析方法是通过建立混凝土桶形支撑结构的力学模型，利用力学原理和公式进行推导和计算，得到其力学特性的分析方法。

通常采用有限元方法、弹性理论等方法进行分析。

2. 数值模拟方法数值模拟方法是通过利用计算机软件，建立混凝土桶形支撑结构的三维模型，进行有限元分析，得到其力学特性的分析方法。

常用的数值模拟软件包括ANSYS、ABAQUS等。

四、混凝土桶形支撑结构力学特性的数值模拟分析采用ANSYS软件，建立混凝土桶形支撑结构的三维模型，进行有限元分析。

假设混凝土的材料参数为：弹性模量为30GPa，泊松比为0.2，混凝土的密度为2400kg/m3。

桶形墙板和桶形顶板采用钢筋混凝土材料，钢筋的材料参数为：弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，钢筋的密度为7800kg/m3。

1. 混凝土桶形支撑结构的强度分析在ANSYS中建立混凝土桶形支撑结构模型，并施加荷载。

荷载可以采用地下水压力或者土压力，模拟实际工程中的荷载情况。

吸力式桶型基础水平静力加载试验承载特性与稳定性分析许建朋;陈旭光;姜育科【摘要】Due to the economy,reusability,easy installation,wide applicability and other characteristics,the suction bucket foundations are widely used as offshore wind power bases.In this study,the horizontal loading test of the suction bucket foundation in saturated sandy soil is carried out.We obtained the effects of different aspect ratio on the horizontal bearing capacity of the suction bucket foundation by dimensionless analysis.It is found that with the increase of the aspect ratio of the bucket,the horizontal bearing capacity and the limit dis-placement of the bucket are increased.In addition,we analyze soil pressure on the front and rear side of the bucket with depth and horizontal load.We also found that the bucket rotation point position is located be-tween 0.6 and 0.9 times the bucket height by using the displacement analysis method and the soil pressure a-nalysis method;and as the aspect ratio increases,the rotation point position moves upwards.%吸力式桶形基础由于其经济、可重复利用、安装方便、适用性强等特点被广泛利用于海上风电基础.本文通过饱和细砂土中吸力式桶型基础水平加载试验,运用无量纲化的分析方法对试验结果进行分析,探究了不同长径比对吸力式桶形基础的水平承载特性的影响,发现随着基础长径比的增大,其水平承载力与桶顶极限位移量均增大;分析了基础桶壁受力前后侧土压力随深度以及水平荷载的分布规律;利用位移分析法和土压力分析法计算转动点位置,对比发现两种计算方法得到的基础转动点位置均位于0.6~0.9倍的桶高之间;揭示了加载过程中基础转动点位置随长径比增大向上移动的变化规律.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(040)003【总页数】5页(P61-65)【关键词】吸力;桶型基础;无量纲化;长径比;位移;土压力;转动点【作者】许建朋;陈旭光;姜育科【作者单位】河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京 210098;河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心,南京 210098;河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京 210098;河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心,南京 210098;河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京 210098;河海大学江苏省岩土工程技术工程研究中心,南京 210098【正文语种】中文【中图分类】TU441由于全球能源危机、环境污染以及温室效应的加剧，海上风能作为一种重要可再生、清洁能源逐渐受到人们的关注，海上风电得到大力发展．而在复杂海洋环境下，海上风电基础的承载特性与稳定性直接影响到海上风电整体的结构安全．吸力式桶型基础[1]为上端封闭下端开口的筒体，可利用负压原理下贯至海底土层．近年来，由于其成本较低、安装方便、可回收利用的特点被广泛应用于海上风电基础．目前，国内外学者对于吸力式桶型基础已经有一定程度的研究．Byrne[2]基于牛津大学研制的加载系统，研究了吸力式基础在砂土中的承载力特性，采用水平和竖向的静载和循环荷载等组合荷载，得到吸力式基础的破坏包络面．Chen[3]比较了吸力式沉箱在正常固结和超固结土中的一系列离心机模型试验的结果，分析了其在静载和循环荷载作用下的抗拔承载力．Randolph[4]论述了水平和竖向荷载条件下粘土中吸力基础的分析技术和设计参数．讨论了水平和竖向荷载之间的相互作用，并且考虑诸如土壤的强度各向异性和施加的载荷对吸力式沉箱的水平承载力的影响．朱斌等[5]对吸力式沉箱在饱和淤泥中的吸力安装和横向承载力进行大型模型试验．试验结果表明：渗流效应影响基础在淤泥中的下沉，沉贯所需的吸力可以根据桶壁摩擦力和锥阻力很好地预测．李大勇等[6-8]对饱和细砂土中裙式吸力基础的承载力特性开展模型试验研究，试验选取不同裙高的吸力基础进行水平静力加载试验，分析了水平位移和土压力的变化．王建华[9]通过模型试验研究了桶形基础在竖向静载以及水平循环荷载共同作用下的承载特性，并与有限元计算结果相对比，发现竖向静载决定了吸力锚失稳时循环荷载的大小与次数．由此可见，国内外学者对吸力式桶型基础已经有了初步的研究，本文对吸力式桶型基础进行水平静载模型试验，并且对试验结果进行无量纲化处理，研究其承载特性以及稳定性的变化规律．1 吸力式桶型基础模型试验1.1 吸力式桶型基础模型吸力式桶形基础模型由主桶模型和加载杆固定端组成，加载杆固定端设置在主桶模型顶盖中央，如图1所示．模型的材料是圆钢，并打磨光滑，下部敞开，上部顶盖一侧设有排水孔．本文模型试验采用3个不同长径比的吸力式桶形基础模型，尺寸见表1．表1 桶形基础模型尺寸长径比[H/D]直径D/mm桶高H/mm桶顶盖厚T1/mm桶壁厚T2/mm0．52001001050．751501200图1 吸力式桶形基础模型1.2 试验地基试验所选地基为取自海滩的细砂土，颗粒级配如图2所示，其物理力学参数见表2．为保证试验过程中砂土地基的均质性，采用分层装填，同时采用渗流加静置固结，可以加速砂土固结．每次装填砂土10 cm，注水并使水位高于砂土，打开排水阀进行排水，利用渗流作用加速砂土固结．重复上述过程，最终完成40 cm高砂土地基的分层填筑．图2 砂土颗粒级配曲线表2 试验用砂物理参数类型比重孔隙比渗透系数/(cm·s-1)细砂2．520．5740．0021.3 水平静力加载试验方案图3为水平静力加载模型试验方案示意图．图3 水平静力加载模型试验方案示意图吸力式桶形基础模型及微型土压力计埋入砂土中；2只LVDT位移传感器沿水平方向布置在加载杆受力方向后侧，分别标记LVDT1和LVDT2，LVDT1距离基础模型顶盖高90 cm，LVDT2距离基础模型顶盖高80 cm；静力加载高度是50 cm．水平静力加载模型试验，用砝码逐级加载，每级荷载为2 N，每级荷载作用下LVDT读数没有变化或者变化小于0.01 mm时，继续施加下一级荷载，直至基础模型失稳破坏．重复试验过程，直到完成3个不同长径比的吸力式桶形基础模型试验．2 水平静力加载模型试验位移试验结果分析将试验结果均做无量纲化处理[10]：水平荷载的无量纲表达式为F/2πR3γ、其中F 为水平静力，R为吸力式桶形基础模型半径，γ为试验砂土有效重度(由第二章土体参数算得9.46 kN/m3)；基础水平位移的无量纲化表达式为s/D，s为LVDT所测基础水平位移量，D为吸力式桶形基础模型的直径；基础桶顶位移的无量纲化表达式为S/D，S为基础桶顶水平位移量，D为吸力式桶形基础模型的直径；基础转动点位置的无量纲化表达式为h/H，h为转动点到桶形基础顶面之间的距离，H为吸力式桶形基础的长度(高度)．2.1 水平静载作用下吸力式桶形基础的荷载位移关系如图4所示为无量纲化下基础长径比分别为0.5、0.75和1时，吸力式桶形基础LVDT2处水平位移和水平荷载的关系曲线．图4 不同长径比的吸力式桶形基础水平荷载-位移曲线图由图4可知：对于不同长径比的吸力式桶形基础水平荷载-水平位移关系曲线的趋势基本相同，都可以分为3个阶段(弹性变形阶段、塑性变形阶段和失稳破坏阶段)，分析过程基本一致，将基础能承受的最大荷载定义为水平极限承载力．由图可知：长径比为0.5、0.75和1的吸力式桶形基础水平极限承载力分别为0.6、0.79和1.64．2.2 水平静载作用下吸力式桶形基础筒顶位移与荷载关系水平荷载作用下，假定吸力式桶形基础倾覆失稳时的运动形式是绕着基础中心轴上的某一点发生转动[11]，水平静力加载试验中，2支LVDT位移传感器沿水平方向布置在加载杆受力方向后侧，可计算基础桶顶水平位移随荷载的变化关系．无量纲化下不同长径比的吸力式桶形基础桶顶位移随水平荷载变化曲线图如图5所示．图5 不同长径比吸力式桶形基础桶顶随水平荷载变化关系从图5可以看出，随着水平荷载的增加，在相同荷载水平下长径比大的基础桶顶水平位移量小于长径比小的位移量；达到极限水平荷载时，长径比为0.5、0.75和1所对应的桶顶水平位移量分别约为0.029、0.038和0.05，说明随着长径比的增加，基础能承受的变形量增大，基础桶顶极限水平位移量增加；当达到极限水平承载力时，吸力式桶形基础的水平位移一直增大，此时基础失稳破坏．按照破坏时基础最大水平位移量达到基础宽度的3%～6%作为水平位移破坏的标准[10]，可知实验结果基本与之吻合．2.3 吸力式桶形基础转动点变化规律水平荷载作用下，假定吸力式桶形基础倾覆失稳时的运动形式是绕着基础中心轴上的某一点发生转动[12]，水平静力加载试验中，2支LVDT位移传感器沿水平方向布置在加载杆受力方向后侧，可计算转动点的位置随水平荷载的变化关系．图6所示为无量纲化下不同长径比的吸力式桶形基础转动点随荷载变化曲线图，其中负号表示转动点在砂土表面以下．由图6可以看出，随着水平荷载的增大，基础转动点会向下移动，最后会趋于一个稳定的范围．吸力式桶形基础受到水平荷载作用时，主要的运动方式为转动，也会发生平动；结合基础荷载-位移曲线图分析，基础在弹性变形阶段和塑性变形前期阶段，由于基础变形位移量相对较少，平动所占的比例相对较大，所以转动点的位置变化较大；随着塑性变形的发展到失稳破坏阶段，基础的变形位移量逐渐增大，基础主要以转动为主，并逐渐成为完全转动，所以转动点的范围趋于一个稳定的范围．图6 不同长径比吸力式桶形基础转动点随荷载变化曲线图3 水平静力加载模型试验土压力试验结果分析吸力式桶形基础属于埋深小的宽浅式基础，基础前后侧受到的土压力按主动土压力和被动土压力考虑[13-14]．所测得的被动土压力是正值，测得的主动土压力是负值．通过土压力值的测量，得出被动土压力区和主动土压力区，并将相同埋深的基础前后侧土压力值相减，得到土压力的合力，土压力合力为0处则为基础转动点位置[15]．3.1 不同长径比吸力式桶型基础转动点位置图7～9分别为为长径比0.5、0.75、1的吸力式桶形基础土压力合力分布图．从图7可知：长径比为0.5的吸力式桶形基础的转动点位置在0.85倍桶高以下，在失稳破坏时会稍微向上移动，转动点位置的平均深度约为0.9倍桶高．从图8可知：长径比为0.75的吸力式桶形基础的转动点位置在0.7～0.9倍桶高之间，在失稳破坏时会稍微向上移动，转动点位置的平均深度约为0.8倍桶高．从图9可知：长径比为1的吸力式桶形基础的转动点位置0.6～0.65之间，转动点平均位置约为0.62倍桶高．图7 长径比0.5的吸力式桶形基础土压力合力分布图图8 长径比0.75的吸力式桶形基础土压力合力分布图图9 长径比1的吸力式桶形基础土压力合力分布图3.2 位移与土压力得到的转动点位置对比将2.3节位移分析得出无量纲化下吸力式桶形基础破坏时的转动点位置和3.1节土压力分析得到的数据汇总并对比，见表3．表3 不同长径比的吸力式桶形基础转动点汇总长径比[H/D]转动点位置范围位移分析土压力分析转动位置平均值位移分析土压力分析0．50．78～0．930．85～0．950．860．90．750．65～0．850．7～0．90．750．810．5～0．640．6～0．650．570．62由表3可知，通过位移分析和土压力分析得到的转动点位置差别不大，基本吻合．综合分析可知：水平静载作用下，长径比0.5的吸力式桶形基础的转动点位于基础顶面以下0.78～0.95倍桶高之间，长径比0.75的吸力式桶形基础的转动点位于基础顶面以下0.65～0.9倍桶高之间，长径比1的吸力式桶形基础的转动点位于基础顶面以下0.5～0.65倍桶高之间．随着基础长径比的增大，基础转动点的位置相对于桶高向上移动，但是都位于基础顶面以下0.6～0.9倍桶高之间．4 结论与建议本文通过无量纲化方法对吸力式桶形基础水平静力加载模型试验的结果进行详细分析．主要得出以下结论：1)吸力式桶形基础在水平静力加载过程中分为3个阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段和失稳破坏阶段．吸力式桶形基础的承载力和稳定性随长径比的增大而增大．2)不同长径比的吸力式桶形基础在水平静力加载过程中弹性变形阶段，桶顶水平位移量基本相同，均为0.004；桶顶极限水平位移量随着长径比的增大而略有增大；实验结果基本吻合整体刚性短桩水平承载破坏特性．3)通过位移和土压力分析分别得到的基础转动点位置变化规律，两者差别相对较小；随着基础长径比的增大，基础转动点的位置相对于桶高向上移动，但是都位于基础顶面以下0.6～0.9倍桶高之间．本文所得结论均为实验室内进行，还需要数值模拟或理论分析的验证．参考文献：[1] Ibsen L B. Implementation of a New Foundations Concept for Offshore Wind Farms[C]. Proceedings Nordisk Geoteknikermøte nr. 15: NGM 2008，Nordisk Geoteknikermøte, Sandefjord, 2008：19-33．[2] Byrne B W. Investigations of Suction Caissons in DenseSand[J]． University of Oxford, 2000．[3] Chen W, Randolph M. Radial Stress Changes Around Caissons Installed In Clay By Jacking And By Suction[C]．2004．[4] Randolph M F, House A R. Analysis of Suction Caisson Capacity inClay[C]． Offshore Technology Conference, 2002．[5] Zhu Bin, Kong Deqiong, Chen Renpeng, et al. Installation and Lateral Loading Tests of Suction Caissons in Silt[J]． Canadian Geotechnical Journal, 2011, 48(7):1070-1084．[6] 李大勇, 郭彦雪, 高玉峰, 等. 水平单调荷载作用下饱和细砂中裙式吸力基础土压力特性分析[J]．土木工程学报, 2015，48(1):112-119．[7] 李大勇, 曹立雪, 高盟, 等. 水平荷载作用下裙式吸力基础承载性能研究[J]．海洋工程, 2013，31(1):67-73．[8] 李大勇, 冯凌云, 张雨坤,等. 饱和细砂中裙式吸力基础水平单调加载模型试验-承载力及变形分析[J]．岩土工程学报, 2013，35(11):2030-2037．[9] 王建华, 刘晶磊, 周扬锐. 静荷载与循环荷载作用下张紧式吸力锚承载特性的模型试验[J]．岩土工程学报, 2012, 34(6):997-1004．[10] Byrne B W. A Comparison of Field and Laboratory Tests of Caisson Foundations in Sand and Clay[J]．Géotechnique, 2006, 56(9)：617-626．[11] 孟昭瑛, 梁子冀, 刘孟家. 浅海桶形基础平台水平承载力与抗滑稳定分析[J]．海洋科学进展, 2000, 18(4):36-41．[12] Obrzud R,Truty A.The Hardening Soil Model-a Practical Guidebook[M].Zace Services Ltd,Lausanne,Switzerland, 2011．[13] 瞿小莉. 大直径圆筒结构土压力研究[D]．大连：大连理工大学, 2008．[14] 许英. 大直径薄壁圆筒结构土压力研究[D]．南京：河海大学, 2004．[15] Prasad Y V S N, Chari T R. Lateral Capacity of Model Rigid Piles in Cohesionless Soils[J]． Soils & Foundations, 1999, 39(2):21-29．。

Vol. 43, No. 2Feb., 2021第43卷第2期2021年2月舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY海上风机吸力式桶形基础竖向承载力特性研究廖倩"，毋晓妮"，李晔1,2(1.上海交通大学，海洋工程国家重点实验室，上海200240; 2.上海交通大学，船舶海洋与建筑工程学院，上海200240)摘 要：吸力式桶形基础作为一种新型的海上风机基础，正逐渐以单桶或者多桶组合形式被应用于海上风机支撑基础设计中。

然而目前对应用于海上风机基础的桶形基础的极限承载力的研究仍存在研究不全面和结果不统一 的问题。

本文以宽浅型单桶基础为例，采用有限元软件Abaqus 对海上风机吸力式桶形基础在饱和黏土地基中的竖向 承载特性进行三维有限元分析。

考虑桶土接触面分离条件对极限承载力和土体破坏模式的影响，并且对桶形基础长 径比、土体的有效重度以及土体不排水抗剪强度分布对桶形基础竖向极限承载特性的影响进行分析。

研究成果可以为海上风机吸力式桶形基础设计提供参考。

关键词：吸力式桶形基础；竖向承载力；三维有限元分析；变动参数比较研究中图分类号：TU473文献标识码：A文章编号：1672 - 7649(2021)02 -0120-06 doi ： 10.3404/j.issn.l672 - 7649.2021.02.025Research on the vertical bearing capacity of suction bucket foundation for offshore wind turbineLIAO Qian 气 wu Xiao-ni 1'2, LI Ye 1'2(1. State Key Laboratory of Ocean Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China; 2. School of NavalArchitecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)Abstract: Suction bucket foundation is a new type of offshore wind turbine foundation. It can be used in a single-buck ­et or multi-buckets supported offshore wind turbine. However, the understanding on the bearing behavior of suction bucketfoundation for offshore wind turbine is still limited and there is inconsistency in the existing research results. This work presents the results of three-dimensional finite element analyses of bucket foundations in normally consolidated clay underundrained condition. The ultimate vertical bearing capacity and failure mode of the suction bucket foundation under differ ­ent contact conditions are investigated. The effects of the embedment ratio of the bucket foundation, the effective unit weightof the soil and the profile of undrained shear strength on the vertical bearing capacity of the bucket foundation are discussed.Key words: suction bucket foundation ； vertical bearing capacity; three-dimensional finite element; parametric com ­parative study0引言海上风电行业从20世纪80年代开始发展，并且 自2000年以来发展迅速。

《V-H荷载作用下海洋平台吸力式桩桶桩土承载特性研究》篇一一、引言随着海洋资源开发利用的深入，海洋平台作为重要的海洋工程设施，其安全性和稳定性越来越受到关注。

在海洋平台的设计和建造过程中，桩基承载力是关键因素之一。

其中，吸力式桩桶桩因其独特的施工方法和良好的承载性能，在海洋平台中得到广泛应用。

然而，在V-H荷载（垂直荷载和水平荷载）作用下，其与土体之间的相互作用机制和承载特性尚需进一步研究。

因此，本文对V-H荷载作用下海洋平台吸力式桩桶桩土承载特性进行了研究。

二、研究背景与意义随着全球能源需求的增加，海洋能源开发成为重要的战略方向。

海洋平台作为海洋能源开发的重要基础设施，其安全性和稳定性直接关系到工程项目的成败。

吸力式桩桶桩因其施工方便、适应性强等优点，在海洋平台中得到广泛应用。

然而，在V-H荷载作用下，其与土体之间的相互作用机制和承载特性受到多种因素的影响，如土体性质、桩型参数、荷载条件等。

因此，研究V-H荷载作用下海洋平台吸力式桩桶桩土承载特性，对于提高海洋平台的安全性和稳定性具有重要意义。

三、研究方法与内容本研究采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法，对V-H荷载作用下海洋平台吸力式桩桶桩土承载特性进行研究。

具体研究内容包括：1. 理论分析：通过建立吸力式桩桶桩与土体相互作用的理论模型，分析V-H荷载作用下桩土相互作用的机理和影响因素。

2. 数值模拟：利用有限元软件，对不同土体性质、桩型参数和荷载条件下的吸力式桩桶桩进行数值模拟，分析其承载特性和破坏模式。

3. 现场试验：在实际海洋工程中进行现场试验，对吸力式桩桶桩在V-H荷载作用下的实际承载性能进行测试和分析。

四、结果与讨论1. 理论分析结果：通过建立的理论模型，发现V-H荷载作用下，吸力式桩桶桩与土体之间的相互作用受到土体性质、桩型参数等因素的影响。

其中，土体的内摩擦角、粘聚力和压缩模量等性质对桩土相互作用有显著影响。

此外，桩的直径、壁厚、入土深度等参数也会影响其承载性能。

第24卷 第7期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.72005年4月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April ，2005收稿日期：2003–07–17；修回日期：2003–09–18基金项目：中国科学院知识创新重大项目(KJCX2–SW –L03–01)作者简介：张金来(1978–)，男，硕士，2003年于中国科学院力学研究所获硕士学位，主要从事岩石力学试验方面的研究工作。

E-mail ：jinlai_zhang@ 。

桶形基础极限承载力特性研究张金来1，鲁晓兵1，王淑云1，时忠民2，张建红3(1. 中国科学院 力学研究所，北京 100080；2. 中国海洋石油总公司研究中心，北京 100027；3. 清华大学 水利水电工程系，北京 100084)摘要：通过有限元计算，分析了不同长径比下横向和竖向承载力、载荷位移曲线以及耦合载荷作用下的极限承载力特性，并与实验结果进行了对照。

结果表明：当竖向压力小于某临界值时，基础的横向极限承载力随着竖向压力的增加而增加；但是当竖向压力增大到超过该临界值以后，横向极限承载力反而会随竖向压力的增大而降低。

随着长径比的增加，基础承载力，特别是横向承载力有比较明显的提高。

关键词：岩土力学；有限元法；长径比；耦合载荷中图分类号：TP 183 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)07–1169–04THE CHARACTERISTICS OF THE BEARING CAPACITYOF BUCKET FOUNDATIONZHANG Jin-lai 1，LU Xiao-bing 1，WANG Shu-yun 1，SHI Zhong-min 2，ZHANG Jian-hong 3(1. Institute of Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100080，China ； 2. Research Center of Chinese Ocean Oil Company ，Beijing 100027，China ；3. Department of Hydraulic and Hydropower Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China )Abstract ：The finite element software(ABAQUS) was used to simulate the bearing capacity of the bucket foundations with different height-to-diameter ratios. The characteristics of the bearing capacity of the foundations under the vertical loading ，the horizontal loading and the coupling loadings were analyzed. The numerical results were compared with that of experiments. It is shown that under a critical vertical loading ，the horizontal bearing capacity increases with the increase of the vertical loading ，but decreases with the increase of the vertical loading when the latter is larger than the critical loading. The bearing capacity ，especially the horizontal bearing capacity ，increase obviously with the increase of the height-to-diameter.Key words ：rock and soil mechanics ；FEM ；height-to-diameter ratio ；coupling loading1 引 言桶形基础(简称桶基)的概念最早见于国外20世纪60年代[1，2]，从70年代初开始对其进行了大量的实验研究，80年代后期开始受到石油公司的重视并逐渐运用到海洋平台建设中。

砂土中吸力式桶形基础竖向承载性状研究李大勇;吴宇旗;张雨坤【摘要】吸力式桶形基础的竖向承载力是工程设计中的重要问题,其承载力主要由桶壁摩阻力、桶尖端承载力及桶内部土体的支撑力三部分组成.在同种砂土地基中桶基础的直径、桶高以及在地基中的埋深直接影响着上述三部分力的大小.分析了桶壁摩阻力和桶尖端承载力随埋深的变化关系式,提出了计算地基承载力的解析表达式.并通过试验数据验证解析式的准确度,结果两者误差均在15％以内,所提出的解析表达式适用于地基承载力的计算.【期刊名称】《山东科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(035)003【总页数】7页(P33-39)【关键词】砂土地基;吸力桶基础;竖向承载力;滑移线理论【作者】李大勇;吴宇旗;张雨坤【作者单位】山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点试验室,山东青岛266590;山东科技大学土木工程与建筑学院,山东青岛266590;河海大学土木与交通学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】TU447吸力式桶形基础是一种上端封闭，底端开口的钢制海洋工程基础结构，因其施工简单、施工速度快、造价低及可回收利用等优点而被用于系泊海洋浮动式结构及海洋平台基础[1-2]，近年来也逐渐被应用于海上风电塔架的基础[3]。

国内风力发电平台快速增长[4]，对桶基础极限承载力的研究越加迫切，桶形基础往往承受着来至上部风力发电机及塔架的巨大载荷，承载能力与其直径、高度密切相关。

国内外许多学者通过模型试验、离心机试验、数值软件分析及理论推导等方法对竖向承载力做了大量研究。

Bransby[5]、Sharma[6]和Gourvenec等[7]通过有限元方法研究了吸力基础在水平和竖向荷载以及弯矩复合荷载作用下的承载力，得出吸力基础的承载力极限包络图以及吸力基础桶裙长度对包络图的影响。

Hung等[8]借助有限元法讨论了不同的不排水抗剪强度下吸力基础的承载力随长径比的变化，并分析了桶基础在竖直和水平荷载作用下运动形式和基础周围土体的破坏机理。

桶形基础弯矩承载力研究
桶形基础是一种常用的土木工程基础形式，广泛用于建筑物、桥梁、隧道等工程中。

桶形基础的弯矩承载力是评估其承载能力的重要指标之一。

本文将从桶形基础的特点、弯
矩产生原因、弯矩计算公式以及影响弯矩承载力的因素等方面展开研究。

桶形基础是一种横截面呈现向内腰线凸出的桶形，可以通过地下开挖、预埋桩或机械
挖掘等方式施工。

桶形基础的设计主要是考虑其在外界作用力下产生的弯矩，以保证其承
载能力满足工程需求。

桶形基础在承载过程中产生的弯矩主要由以下几个方面引起。

在施工过程中，桶形基
础横截面呈现塑性变形，其上下表面产生相对位移，从而引起弯矩。

基于桶形基础受到的
载荷非均匀分布，也会产生弯矩。

桶形基础在使用过程中可能遇到的地震、风力等外界作
用力，也会导致其产生弯矩。

桶形基础的弯矩计算公式可以通过基础力学原理得出。

根据物理力学原理，弯矩可以
通过以下公式计算得出：弯矩 = 弯矩力矩/截面惯量。

弯矩力矩是指施加在桶形基础上的
力矩，截面惯量是指桶形基础截面内各点到中心轴的距离平方和。

影响桶形基础弯矩承载力的因素较为复杂，主要包括以下几个方面。

桶形基础的形状
和尺寸对其弯矩承载力具有显著影响。

通常情况下，桶形基础的宽度越大，其承载力越强。

桶形基础的材料强度也会影响其弯矩承载力。

材料强度越高，基础的承载能力也越强。

基
于地下土壤、地下水位以及基础受到的外界作用力等因素也会对桶形基础的弯矩承载力产
生影响。

桶形浅基础水平极限承载力分析研究的开题报告
一、研究背景
随着建筑物的不断发展，桶形浅基础作为一种常见的基础结构被广泛采用。

然而，在设计过程中，对基础的水平极限承载力的计算仍然存在一些问题，如何更加精确地
计算桶形浅基础的水平极限承载力，成为了该领域中的一个研究热点。

二、研究目的
本论文旨在通过对桶形浅基础水平极限承载力的分析研究，探究其影响因素和计算方法，并提出一种更加精确和可靠的水平极限承载力计算方法。

三、研究方法与步骤
1. 收集相关资料，了解现有研究成果。

2. 分析桶形浅基础水平极限承载力的影响因素，如载荷类型、地基土质性质、基础几何形态等。

3. 基于孔隙水压力的理论分析，建立桶形浅基础水平极限承载力计算模型。

4. 通过数值模拟和现场试验的方法，验证模型的准确性和可靠性。

5. 分析计算结果，优化计算方法。

四、研究意义
本研究对于提高桶形浅基础水平极限承载力的计算精度和可靠性具有重要意义。

同时，研究结果还可为桶形浅基础的实际设计提供科学依据和参考。

五、研究进度
目前已完成相关资料的收集和分析，并初步建立了计算模型。

下一步，将展开数值模拟和现场试验研究。

预计本研究将于一年内完成。

六、论文组成部分
开题报告、查阅文献、研究方法与步骤、预期结果与成果、参考文献。