描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787563986859
本书介绍了作者及其研究团队多年来针对海上风电桩基础方面所取得的创新研究成果。主要包括动力荷载条件下桩土相互作用、桩基动力响应以及桩基承载性能等研究现状，以及海洋荷载作用下饱和砂土中桩土相互作用，长期循环荷载作用下的大直径单桩p-y曲线和相关的室内模型试验，最后介绍了复杂海洋环境下海上风电基础的动力响应与承载特性计算方法。研究成果对于海洋风电技术取得突破进展，提高风电工程的安全性与性价比具有重要意义。
第 1 章 海上风电桩基础动力特性研究现状 ………………………………… 1
1.1 循环荷载作用下饱和土体的强度弱化 ………………………………… 2
1.2 海上大直径单桩基础的桩土相互作用 ………………………………… 3
1.3 海上风电桩基础动力响应的试验研究 ………………………………… 4
1.4 海上风电基础的承载性能研究 ………………………………………… 6
参考文献 ……………………………………………………………………… 7
第 2 章 强度弱化条件下桩土相互作用的力学模型 ……………………… 10
2.1 饱和砂土的循环扭剪动强度试验 …………………………………… 10
2.1.1 试验设备介绍 ……………………………………………………… 10
2.1.2 循环扭剪强度试验内容 …………………………………………… 12
2.1.3 试验结果及分析 …………………………………………………… 15
2.1.4 小结 ………………………………………………………………… 18
2.2 饱和砂土弱化参数的确定方法 ……………………………………… 19
2.2.1 饱和砂土的强度参数计算分析 …………………………………… 19
2.2.2 饱和砂土的弱化参数计算分析 …………………………………… 22
2.2.3 饱和砂土弱化参数的理论公式 …………………………………… 26
2.2.4 小结 ………………………………………………………………… 29
2.3 强度弱化条件下的桩土相互作用 …………………………………… 30
2.3.1 砂土地基中的 p-y 曲线计算模型 ………………………………… 30
2.3.2 强度弱化条件下的 p-y 曲线计算模型 …………………………… 34
2.3.3 算例验证与分析 …………………………………………………… 38
2.3.4 小结 ………………………………………………………………… 42
2.4 循环荷载作用下的桩土相互作用 …………………………………… 43
2.4.1 极限土抗力的理论计算 …………………………………………… 44
2.4.2 桩土相对位移的计算 ……………………………………………… 49
2.4.3 动力 p-y 曲线计算模型 …………………………………………… 51
2.4.4 小结 ………………………………………………………………… 53
参考文献 …………………………………………………………………… 53
第 3 章 海上风机大直径桩基础 p-y 曲线计算模型 ……………………… 56
3.1 考虑尺寸效应的大直径桩基础 p-y 曲线修正 ……………………… 57
3.1.1 现有 p-y 曲线模型 ………………………………………………… 57
3.1.2 数值模型的建立与验证 …………………………………………… 59
3.1.3 极限土抗力的修正 ………………………………………………… 63
3.1.4 初始地基反力模量的修正 ………………………………………… 67
3.1.5 修正 p-y 曲线模型验证 …………………………………………… 71
3.1.6 小结 ………………………………………………………………… 73
3.2 循环荷载作用下大直径桩周土的刚度衰减模型 …………………… 74
3.2.1 有限元软件用户子程序 …………………………………………… 75
3.2.2 砂土刚度衰减模型研究 …………………………………………… 78
3.2.3 刚度衰减模型在软件中的实现 …………………………………… 80
3.2.4 小结 ………………………………………………………………… 82
3.3 循环荷载作用下砂土刚度衰减的大直径桩 p-y 曲线修正 ………… 82
3.3.1 波流荷载计算 ……………………………………………………… 83
3.3.2 土体刚度衰减计算结果 …………………………………………… 90
3.3.3 长期循环荷载作用下极限土抗力的修正 ………………………… 90
3.3.4 长期循环荷载作用下初始地基反力模量的修正 ………………… 98
3.3.5 小结 ……………………………………………………………… 101
参考文献 …………………………………………………………………… 102
第 4 章 复杂海洋荷载作用下海上风电桩基础动力模型试验 ………… 104
4.1 风浪流荷载计算理论及模拟方法 …………………………………… 104
4.1.1 风荷载的计算与模拟 …………………………………………… 105
4.1.2 波浪和海流荷载的计算与模拟 ……………………………………109
4.1.3 风浪流荷载简化计算方法 ……………………………………… 110
4.1.4 小结 ……………………………………………………………… 112
4.2 复杂海洋荷载作用下单桩动力模型试验 …………………………… 112
4.2.1 地基土的制备与参数 …………………………………………… 112
4.2.2 模型结构与参数 ………………………………………………… 113
4.2.3 动力加载试验装置 ……………………………………………… 114
4.2.4 试验工况设计 ………………………………………………………116
4.2.5 小结 ……………………………………………………………… 117
4.3 海上风电基础动力模型试验结果分析 ……………………………… 118
4.3.1 静力试验结果分析 ……………………………………………… 118
4.3.2 极端风浪流荷载短期作用试验结果分析 ……………………… 121
4.3.3 正常风浪流荷载长期作用试验结果分析 ……………………… 128
4.3.4 小结 ……………………………………………………………… 134
参考文献 …………………………………………………………………… 135
第 5 章 复杂海洋环境下海上风电基础的承载性能 …………………… 137
5.1 海洋环境荷载计算 …………………………………………………… 137
5.2 海上风电基础与海床动力相互作用数值模型 ……………………… 138
5.2.1 工程概况 ………………………………………………………… 138
5.2.2 计算模型控制方程 ……………………………………………… 138
5.2.3 计算模型边界条件 ……………………………………………… 139
5.2.4 模型参数及验证 ………………………………………………… 140
5.2.5 风浪流荷载组合 ………………………………………………… 142
5.2.6 数值计算结果分析 ……………………………………………… 143
5.2.7 小结 ……………………………………………………………… 150
5.3 海上风电基础的承载性能分析 ……………………………………… 151
5.3.1 桩基极限承载力的确定 ………………………………………… 151
5.3.2 模型加载方式 …………………………………………………… 151
5.3.3 有限元模型建立及验证 ………………………………………… 151
5.3.4 单一荷载作用下海上风电基础的承载性能 …………………… 155
5.3.5 不同荷载空间下海上风电基础的承载性能 ………………………159
5.3.6 小结 ……………………………………………………………… 167
参考文献 …………………………………………………………………… 168
随着全球经济的快速发展，其所带来的环境破坏以及资源消耗过量等问题逐渐引起了社会的关注。引导和加强新型可再生能源的开发及利用，是解决资源匮乏与环境污染等问题的必由之路。海上风电是可再生能源发展的重要领域，是推动风电技术进步和产业升级的重要力量。高效、大规模地发展风电已成为未来电力发展的必然趋势。我国有 7.5 亿kW 的风力资源可供开发，沿海一带从辽宁到山东，再到江苏、浙江、福建、广东、海南，蕴藏着丰富的风能资源，可以有效地缓解我国能源紧张的严峻形势。加快海上风电项目建设，对于我国调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。
海上风电基础设计是海上风电的关键技术。作为整个海上风力发电设备的支撑和根基，海上风电基础的安全与稳定直接影响着上部风机的发电能力和效率。海上风电基础结构的设计难点主要在于荷载的复杂多变，另外，各种环境荷载单独作用以及多种环境荷载耦合情况下的基础的动力反应特性是影响风电基础稳定的重要原因。针对恶劣多变的海洋环境，开展海上风电桩基础承载机理和动力分析方法的研究，对于海洋风电技术取得突破进展，提高风电工程的安全性与性价比具有重要意义。
本书总结了作者及其研究团队多年来在海上风电桩基础方面所取得的创新研究成果。全书共 5 章。第 1 章介绍海上风电桩基础动力特性研究现状，第 2 章介绍强度弱化条件下桩土相互作用的力学模型，第 3 章介绍海上风机大直径桩基础 p-y 曲线计算模型，第 4 章介绍复杂海洋荷载作用下海上风电桩基础动力模型试验，第 5 章介绍复杂海洋环境下海上风电基础的承载性能。
全书由北京工业大学张小玲教授负责编写及统稿，许成顺教授负责校核和审查，博士生张冰洁等为本书的编写做了大量工作。在此，对参与本书编写工作、审查工作以及为本书编写提供各方面支持和帮助的所有人员一并表示感谢。同时还要感谢国家自然科学基金（52478324，52078016）对本书的出版给予的资助。
限于作者的水平与经验，书中难免存在疏漏或不足之处，敬请读者批评指正！
著者
2023 年 7 月
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