1、海上風(fēng)電的建設(shè)已經(jīng)成為今后風(fēng)電發(fā)展的潮流。四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)由于其結(jié)構(gòu)整體剛度大，受波流等環(huán)境荷載影響小，工程地質(zhì)條件要求低等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為越來(lái)越多海上風(fēng)電場(chǎng)首選的基礎(chǔ)形式。海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)承受著風(fēng)、浪、流等環(huán)境荷載的交互作用，極端風(fēng)暴潮作用下導(dǎo)管架基礎(chǔ)極限承載力的確定是工程設(shè)計(jì)中最重要的問(wèn)題。導(dǎo)管架基礎(chǔ)作為一種特殊的群樁基礎(chǔ)，其承載特性和變形性狀與單樁明顯不同，而且海上風(fēng)機(jī)上部結(jié)構(gòu)高聳巨大，導(dǎo)管架下部各基樁在承受水平荷載的同時(shí)也受到較大的上拔/

2、下壓軸向荷載的作用，傳統(tǒng)群樁基礎(chǔ)的水平靜力分析方法對(duì)導(dǎo)管架基礎(chǔ)水平受荷特性的分析具有局限性。此外，除可能遭受極端風(fēng)暴潮外，海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)無(wú)可避免的要承受風(fēng)浪、潮流等長(zhǎng)期循環(huán)荷載的作用。在這些循環(huán)荷載的長(zhǎng)期作用下，下部基礎(chǔ)會(huì)逐漸產(chǎn)生累積位移，當(dāng)累積位移超過(guò)基礎(chǔ)正常服役的要求時(shí)，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)就會(huì)失效。所以，基礎(chǔ)在風(fēng)、浪等循環(huán)荷載作用下，其累積變形滿足風(fēng)機(jī)正常服役性能的要求也是工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。因此，開展海上風(fēng)機(jī)四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)在水平荷載作用下群

3、樁效應(yīng)及循環(huán)效應(yīng)的研究具有重要意義。
　　本文通過(guò)離心模型試驗(yàn)研究水平靜力及循環(huán)荷載作用下飽和砂土地基與飽和軟粘土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)的變形特性和樁土相互作用，分析導(dǎo)管架基礎(chǔ)的群樁效應(yīng)和循環(huán)效應(yīng)，提出了導(dǎo)管架基礎(chǔ)在水平荷載作用下的分析模型。主要工作和研究成果如下:
　　(1)基于浙江大學(xué)超重力離心模擬實(shí)驗(yàn)室ZJU-400超重力離心機(jī)，針對(duì)典型3MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組導(dǎo)管架基礎(chǔ)，分別在飽和砂土地基和軟粘土地基中開展離心模型試驗(yàn)，其中水平

4、靜力加載試驗(yàn)共2組，水平循環(huán)加載試驗(yàn)共9組。
　　(2)通過(guò)朱斌等(2014)開展的飽和砂土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)水平靜力加載離心模型試驗(yàn)，獲得了飽和砂土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)的水平受荷特性和樁土相互作用。研究結(jié)果表明:砂土地基中海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架基礎(chǔ)水平受荷分析需要考慮群樁效應(yīng)與樁身軸力的共同作用，本文提出了能夠同時(shí)考慮群樁效應(yīng)與基樁樁身軸力影響的p乘子，該p乘子與樁身變形、加載方向和樁身軸力相關(guān)，并據(jù)此建立了砂土中海上風(fēng)機(jī)四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)水平靜

5、力受荷分析模型。
　　(3)開展了飽和軟粘土地基中四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)水平靜力加載離心模型試驗(yàn)，研究軟土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)的變形特性和樁土相互作用，并與砂土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)的水平受荷特性進(jìn)行對(duì)比:軟粘土中導(dǎo)管架基礎(chǔ)的水平承載力明顯小于砂土地基;軟土地基中水平荷載的影響深度明顯大于砂土地基。此外，還分析了軟土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)的承載特性和破壞模式。結(jié)果顯示:在沿對(duì)角線加載時(shí)導(dǎo)管架基礎(chǔ)后排樁會(huì)更加容易被拔出而產(chǎn)生過(guò)大的豎向位移進(jìn)而影響導(dǎo)管架基礎(chǔ)

6、的水平承載特性，這點(diǎn)需要在工程設(shè)計(jì)中引起足夠的注意。
　　(4)基于廣東桂山風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行的大直徑單樁水平加載現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)API規(guī)范建議的軟土中單樁p-y曲線初始剛度明顯偏小，建議采用雙曲正切型p-y曲線來(lái)分析樁基的水平變形。此外，現(xiàn)行軟土地基中單樁p-y曲線分析方法所采用的樁周極限土反力明顯小于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值，這是由于軟粘土地基中貫入樁的水平受荷特性需要考慮打樁產(chǎn)生的重固結(jié)效應(yīng)，并建立了基于重固結(jié)效應(yīng)的飽和軟粘土地基中單樁水平

7、承載力分析體系。
　　(5)分析了軟粘土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)水平靜力加載過(guò)程中的群樁效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)軟粘土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)的前后排樁p-y曲線差異遠(yuǎn)小于砂土地基，即軟粘土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)p乘子主要受群樁效應(yīng)影響，與樁身軸力關(guān)系不大。最后，在上述研究基礎(chǔ)上提出了能夠考慮重固結(jié)效應(yīng)以及群樁效應(yīng)共同影響的軟粘土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)水平靜力分析模型。
　　(6)開展了飽和砂土地基中四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)水平循環(huán)加載離心模型試驗(yàn)，考慮了不同加載頻率、加載方

8、向以及循環(huán)幅值等因素對(duì)導(dǎo)管架基礎(chǔ)水平循環(huán)特性的影響，從而深入分析砂土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)的循環(huán)受荷特性。結(jié)果顯示:在單向循環(huán)過(guò)程中，導(dǎo)管架基礎(chǔ)累積位移基本上與Log(N)呈線性關(guān)系;接著，通過(guò)分析前后排樁不同深度處樁身彎矩的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了循環(huán)加載過(guò)程的循環(huán)弱化效應(yīng)。且引入了循環(huán)弱化因子t來(lái)分析循環(huán)p-y曲線由于循環(huán)作用而產(chǎn)生的峰值土反力的弱化以及峰值樁身位移的增加，并將循環(huán)弱化因子t與前后排樁的循環(huán)應(yīng)力比pc/pu建立關(guān)系，從而針對(duì)性地提

9、出t的表達(dá)式。根據(jù)上述分析成果，建立了砂土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)水平循環(huán)受荷分析模型。雙向加載過(guò)程中導(dǎo)管架沒(méi)有產(chǎn)生明顯的累積位移，卸載剛度也沒(méi)有明顯的變化，可能的原因是雙向循環(huán)加載幅值較小。最后，針對(duì)性地研究導(dǎo)管架基礎(chǔ)在水平循環(huán)荷載作用下的豎向響應(yīng)，并將導(dǎo)管架基礎(chǔ)在水平循環(huán)加載過(guò)程的豎向響應(yīng)分為不均勻沉降階段與整體沉降階段。
　　(7)開展飽和軟粘土地基中四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)水平循環(huán)加載離心模型試驗(yàn)，并與砂土地基中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果顯示

10、:軟粘土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)在單向或者雙向循環(huán)荷載作用下都會(huì)產(chǎn)生明顯的累積位移，且與前期加載歷史有關(guān)。此外，在單向循環(huán)和雙向循環(huán)荷載作用下，軟粘土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)都會(huì)出現(xiàn)循環(huán)弱化效應(yīng)，且單向循環(huán)荷載作用下其循環(huán)弱化特性較砂土地基更為顯著。此外，軟粘土地基中導(dǎo)管架基礎(chǔ)前后排樁也發(fā)生類似的整體豎向沉降。這需要在工程設(shè)計(jì)中引起重視。
　　綜上，本文采用離心模型試驗(yàn)對(duì)水平靜力與循環(huán)荷載作用下的海上風(fēng)機(jī)四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)變形特性與樁土相互作用規(guī)律進(jìn)