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吸力基础是海上风电工程的一种基础形式,主要受到风、波浪和洋流等产生的水平循环荷载作用,因此提高其水平承载力和控制侧移是设计的关键。针对一种新型吸力基础形式—裙式吸力基础,首先开展饱和细海砂中裙式吸力基础水平单调和循环加载模型试验,分析了基础荷载-位移关系、土压力分布及地基土体变形规律;然后采用有限元软件Z SOIL讨论了循环荷载比、加载高度、加载方式和加载顺序对裙式吸力基础水平循环承载性能的影响。取得如下研究成果: (1)水平单调荷载作用下,裙式吸力基础的极限承载力比传统吸力基础提高30%~80%,不同加载高度下吸力基础的归一化荷载-位移曲线可用同一公式表示。水平单调荷载作用下基础主要发生转动破坏,极限状态下转动点位于0.5~0.7倍主桶高度处,且偏离基础中心线约0.2倍主桶直径。 (2)水平循环荷载作用下,裙式吸力基础的循环承载力比传统吸力基础提高25%左右,竖向位移减小约20%。传统吸力基础周围砂土地基以沉陷为主,而裙式吸力基础周围砂土地基包括沉陷区及隆起区,且沉陷区宽度比传统吸力基础减小约14%~31%,其坡脚减小约6%。 (3)裙式吸力基础的循环割线刚度随循环荷载比和加载高度的增加而减小,而基础水平累积位移及竖向位移则逐渐增大。三种加载方式下,基础水平累积位移排序为:单向荷载>不完全对称荷载>双向对称荷载;竖向累积位移排序为:双向对称荷载>单向荷载>不完全对称荷载。当循环荷载由大到小变化时,基础的水平和竖向累积位移均大于荷载由小到大时,说明前期循环荷载的大小对基础后期变形有重要影响。 (4)基础周围土压力的大小与基础的水平位移密切相关,“裙”结构侧壁承担了大部分土压力,从而使裙式吸力基础主桶前侧土压力小于传统吸力基础前侧的土压力。在低循环荷载比条件下,主桶长径比对土压力值影响较大。相比于对称和不完全对称加载,单向加载时基础周围土压力可得到最充分发挥。