岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (5): 1317-1325.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1267

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

分层土中裙式吸力基础吸力沉贯特性模型试验研究

张雨坤1，秦廷辉1，李大勇1, 2，王冲冲1   

  1. 1. 山东科技大学 山东科技大学土木工程防灾减灾重点实验室，山东 青岛 266590； 2. 中国石油大学 储运与建筑工程学院，山东 青岛 266580
  • 收稿日期:2021-08-09 修回日期:2021-12-23 出版日期:2022-05-11 发布日期:2022-05-02
  • 通讯作者: 李大勇，男，1971年生，博士，教授，博士生导师，主要从事海洋岩土工程、土力学基本理论方面的研究。E-mail: ldydy@163.com E-mail: philc007@163.com
  • 作者简介:张雨坤，男，1987年生，博士，副教授，硕士生导师，主要从事海洋岩土工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目（No. 51808325, No. 51879044, No. 51639002）；山东省自然科学基金（No. ZR2019BEE007）。

Model tests on installation behavior of modified suction caissons in layered soil

ZHANG Yu-kun1, QIN Ting-hui1, LI Da-yong1, 2, WANG Chong-chong1   

  1. 1. Key Laboratory of Civil Engineering Disaster Prevention and Mitigation, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China; 2. College of Pipeline and Civil Engineering, China University of Petroleum, Qingdao, Shandong 266580, China
  • Received:2021-08-09 Revised:2021-12-23 Online:2022-05-11 Published:2022-05-02
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51808325, 51879044, 51639002) and the Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2019BEE007).

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摘要： 针对一种新型海上风电基础形式-裙式吸力基础，开展模型试验，研究其在分层土地基中的沉贯特性。讨论了土层分布形式（砂土、黏性土、上层砂土及下层黏性土（简称上砂下黏）、上层黏性土及下层砂土（简称上黏下砂））、沉贯方式的影响。研究表明：裙式吸力基础在分层土中具有良好的沉贯性能。与传统吸力基础相比，裙式吸力基础在砂土、黏性土、上砂下黏和上黏下砂地基中最终沉贯深度较传统吸力基础分别增加10.0%、2.3%、3.0%和9.6%，沉贯最大吸力值分别增加0.9%、14.4%、66.2%和92.2%。黏性土层位置和厚度对基础沉贯特性影响显著。上黏下砂地层中，基础最大吸力值出现在土层分界面处，最大吸力值随土层分布系数t（上层土厚度与土体总厚度的比值）的增加而逐渐增大，最终沉贯深度随土层分布系数增加而逐渐减小。上砂下黏地层中，裙式吸力基础最大吸力值出现在最大沉贯深度处，吸力最大值随土层分布系数的增加而逐渐减小，最终沉贯深度受土层分布系数影响较小。此外，同时抽吸主桶和裙结构内水体进行沉贯，最终沉贯深度大于只抽主桶情况。在砂土、黏性土、上黏下砂（ 0.4）和上砂下黏（ 0.4）等4种地基中，裙式吸力基础采用同时抽主桶和裙结构的沉贯方式，最终沉贯深度较只抽主桶情况分别增大了13.8%、3.4%、16.4%和4.6%。研究成果为进一步阐明吸力基础在分层土中沉贯机制及指导工程实践，具有借鉴意义。

关键词: 裙式吸力基础（MSC）, 分层土, 模型试验, 沉贯方式, 吸力变化, 土塞高度

Abstract: Model tests were conducted to investigate the installation behavior of modified suction caisson (MSC) and regular suction caisson (RSC) in layered soil (sand, clay, sand over clay and clay over sand). It was found that the MSC can penetrate the layered soil to the desired depth. The final penetration depths for MSC in sand, clay, sand over clay and clay over sand increase approximately 10.0%, 2.3%, 3.0% and 9.6%, compared with the RSC. In addition, the maximum required suctions for MSC in sand, clay, sand over clay and clay over sand increase approximately 0.9%, 14.4%, 66.2% and 92.2%, compared with the RSC. It was found that the installation behavior of MSC in layered soil is strongly influenced by the position and the thickness of the clay layer. When the MSC penetrates clay over sand, the maximum value of suction is achieved when the suction caisson tip contacts the interface between sand and clay. The maximum applied suction increases with increasing the soil distribution coefficient t (ratio of upper soil thickness to the total soil thickness). However, the final penetration depth was found to decrease with increasing the t value. When the MSC penetrates sand over clay, the maximum applied suction was obtained at the final penetration depth. The maximum applied suction decreases with increasing the t value. The soil distribution coefficient has little effect on the final penetration depth for MSC in sand over clay. In addition, the installation way effectively influences the final penetration depth. The final penetration depths for MSC in sand, clay, clay over sand ( 0.4) and sand over clay ( 0.4) under the installation way of simultaneously pumping out water in the internal compartment and external structure increase about 13.8%, 3.4%, 16.4% and 4.6%, compared with those under the installation way of only pumping out water in the internal compartment. This study results can guide the design and construction of the suction caisson in layered soil.

Key words: modified suction caisson (MSC), layered soil, model test, installation way, suction variations, soil plug height

中图分类号: 

  • P 751
[1] 雷华阳, 王磊, 刘景锦, 王鹏, 章纬地, 薄钰, . 化学改性联合真空预压法加固吹填土试验分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 891-900.
[2] 戴北冰, 李天齐, 杨峻, 刘锋涛, . 组构对自然休止角影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 957-968.
[3] 林丹彤, 胡黎明. 多孔介质中磷负载纳米铁运动特性的模型试验[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 337-344.
[4] 周光新, 盛谦, 崔臻, 王天强, 马亚丽娜, 付兴伟, . 走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞 破坏机制模型试验[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 37-50.
[5] 肖飞, 孔令伟, 刘观仕, 冯衡, 董义义, 曾二贤, . 中密风积沙地层金属装配式基础抗拔模型试 验与承载力改进计算方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 65-75.
[6] 吴慧明, 赵子荣, 林小飞, 史建乾, 龚晓南, . 主动排水固结法气举降水效应模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2151-2159.
[7] 李元海, 刘德柱, 杨硕, 孔骏, . 深部复合地层TBM隧道围岩应力与变形 规律模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1783-1793.
[8] 王崇宇, 刘晓平, 张家强, 曹周红, . 刚性墙后有限宽度土体被动滑裂面特征试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1839-1849.
[9] 刘志鹏, 孔纲强, 文磊, 王志华, 秦红玉, . 砂土地基中倾斜螺旋桩群桩上拔与水平 承载特性模型试验[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1944-1950.
[10] 饶佩森, 李丹, 孟庆山, 王新志, 付金鑫, 雷学文, . 循环荷载作用下钙质砂地基土压力分布特征研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1579-1586.
[11] 郭明伟, 马欢, 杨忠明, 王斌, 董学超, 王水林, . 常泰长江大桥施工阶段大型沉井基础沉降变形分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1705-1712.
[12] 沈扬, 冯照雁, 邓珏, 陈锴嘉, 许俊红, . 南海珊瑚砂地基承载力模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1281-1290.
[13] 张玉, 李大勇, 梁昊, 张雨坤, . 风电空心锥形基础水平承载特性 及土压力分布规律模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1404-1412.
[14] 陶志刚, 任树林, 郝宇, 李强, 付强, 何满潮, . 层状反倾边坡破坏机制及NPR锚索控制效果 物理模型试验[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 976-990.
[15] 张纪蒙, 张陈蓉, 张凯, . 砂土中大直径单桩水平循环加载模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 783-789.
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[1] 姚仰平，侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵，冯夏庭，陈炳瑞，江 权，张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲，门玉明，彭建兵，黄强兵，刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟，何益斌，刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超，冯夏庭，陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆，齐清兰，魏静，霍倩，周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊，姜永东，鲜学福，罗 云，张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强，杨仕教，任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
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