复合加载条件下吸力式沉箱基础稳定性的三维效应VIP专享VIP免费

第32卷增刊1岩土力学Vol.32Supp.12011年4月RockandSoilMechanicsApr.2011收稿日期：2010-12-14基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.50909048，50639010）；山东省自然科学基金资助项目（No.ZR2010EQ036）。第一作者简介：范庆来，男，1977年生，博士，副教授，主要从事海洋土力学基本理论与数值分析、新型基础形式性能评价以及滨海地区软基处理等方面研究工作。Email:fanqinglai@ldu.edu.cn文章编号：1000－7598(2011)增刊1－0686－05复合加载条件下沉箱基础稳定性的三维效应范庆来1,2，李璞晟3，倪宏革1，栾茂田2（1.鲁东大学岩土工程重点实验室，山东烟台264025；2.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，大连116024；3.潍坊市公路管理局，山东潍坊261206）摘要：联合采用swipe加载模式与固定位移比加载模式，对于吸力式沉箱基础在水平荷载H与力矩M的复合加载条件下的稳定性进行比较系统的三维有限元分析，主要探讨了基础埋深与直径之比、地基土不排水强度的非均质性对于基础在H—M荷载空间内的破坏包络轨迹的影响，揭示了地基在不同荷载分量组合条件下的失稳破坏机制，并与平面应变假定下得到的结果进行了比较。计算结果表明：平面应变与三维情况下基础的破坏包络面形状有较大差异，分析基础稳定性时，必须考虑其三维效应。在三维情况下，非均质土中埋深与直径之比较小的基础的破坏包络面仍然会向负方向倾斜，已有的包络面方程明显高估这种情况下沉箱基础在正向水平荷载与力矩联合作用下的承载力，从而导致基础设计偏于不安全。关键词：基础；破坏包络面；复合加载；非均质；失稳机制中图分类号：U443.13+2文献标识码：AThreedimensionaleffectonstabilityofsuctioncaissonundercombinedloadingFANQing-lai1,2,LIPu-sheng3,NIHong-ge1,LUANMao-tian2（1.KeyLaboratoryofGeotechnicalEngineering,LudongUniversity,Yantai,Shandong264025,China;2.StateKeyLaboratoryofCoastalandOffshoreEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian,Liaoning116024,China3.WeifangHighwayAdministration,Weifang,Shandong261206,China）Abstract:Combinedwithswipeloadingmethodandfixeddisplacementratiomethod,thebearingcapacityofsuctioncaissonfoundationssubjectedtohorizontalandmomentcombinedloadingisexploredthroughthreedimensionalfiniteelementnumericalstudies.TheeffectofembedmenttodiameterratioandsoilstrengthnonhomogeneityontheH-Mfailureenvelopeofcaissonfoundationsisinvestigated;andthesoildeformationmechanismundervariouscombinationsofloadcomponentsisshown.Throughcomparisonwithresultsunderplanestrainassumption,itisshownthattheshapeoffailureenvelopesofcaissonfoundationsconsideringthreedimensionaleffectvariesfromthatunderplanestrainassumption;thereforetoevaluatethestabilityofcaissonfoundationshouldaccountforthethreedimensionaleffect.Fornonhomogeneoussoil,thefailureenvelopeofcaissonfoundationswithshallowerembedmentisnegativelyoblique.Theequationoffailureenvelopeavailableoverestimatessignificantlythebearingcapacityofcaissonunderthisconditionsubjectedtopositivelateralandmomentcombinedloading,andleadsdesignofcaissonfoundationtounsafeside.Keywords:foundation;failureenvelope;combinedloading;nonhomogeneity;failuremechanism1前言吸力式沉箱基础是一种基底下带有竖向增强板的海洋基础形式，比较适宜于软土地基，被广泛用于海上采油平台以及海上风力发电机的基础。在海洋环境下，基础除了承受上部结构物的竖向自重荷载以外，一般还要遭受波浪、暴风等所引起的水平荷载、力矩荷载。最近十几年，国内外研究广泛采用破坏包络面理论来解决这种复合加载条件下的基础稳定性问题。Bransby和Randolph[1]对于裙板式基础进行了有限元分析和上限极限分析，但在分析中没有考虑裙板底部以上土体对于基础承载力的贡献。Bransby和Randolph[2]、Gourvenec[3]、Yun和Bransby[4]通过有限元分析考察了埋深对于基...