A unified lateral soil reaction model for monopiles in soft clay considering various length-to-diameter (L/D) ratios
A unified lateral soil reaction model for monopiles in soft clay considering various length-to-diameter (L/D) ratios
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考虑不同长径 (L/D) 比的软粘土单桩统一侧向土反应模型
DOI：
10.1016/j.oceaneng.2020.107492
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发表时间：
2020-09
影响因子：
5
通讯作者：
Masin David
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang Lizhong;Lai Yongqing;Hong Yi;Masin David
大直径单桩是支撑海上风力涡轮机最常用的基础。早期的设计通常采用4至6 m之间的桩径（D），最近已扩展到8 m，未来的目标是10 m。越来越明显的是，现有的设计方法（即 API 的 sp-y 模型）会显着低估软粘土中大直径单桩的横向刚度和承载能力，因为忽略了基础剪力和基础弯矩的土壤阻力，随着 L/D 的减小，土壤阻力变得更加明显。在本研究中，提出了一种双弹簧方法，旨在以统一的方式预测具有不同 L/Dratios 的单桩的横向行为。根据单桩周围的土流机制，使用 ap-y 模型量化旋转点 (RP) 上方的纯侧向土阻力，而 RP 以下的阻力（包括基础剪力和基础力矩）则在 RP 处集成到力矩旋转弹簧（以 aMR-θR 模型为特征）中。在分析柔性桩时，它可以自然地恢复到 ap-y 模型，其中 RP 处 θR=0。基于一系列经过良好校准的 3D 数值模型的结果，提出了“p-y + MR-θR”模型的公式（包括直径相关的 p-y 和 MR-θR 模型以及 RP 的深度）。所提出的模型使用一组统一的参数，令人满意地再现了具有各种 L/Dratios 的横向加载单桩（包括柔性、半刚性和刚性桩）的大量现场和离心机测试结果。与标准 p-y 模型相比，采用所提出的“p-y + MR-θR”模型可以大大减少设计保守性。
Large-diameter monopiles are the most commonly used foundation to support offshore wind turbines. Early designs usually adopted pile diameters (D) between 4 and 6 m, which is recently extended to 8 m and will target 10 m in the future. It is increasingly evident that the existing design method (i.e., API'sp-ymodel) can significantly under-predict the lateral stiffness and capacity of large-diameter monopiles in soft clay, due to ignoring the soil resistances from base shear and base moment which become more pronounces asL/Dreduces. In this study, a two-spring approach is proposed, aiming to predict the lateral behaviour of monopiles with variedL/Dratios in a unified manner. In light of the soil flow mechanisms around monopiles, the pure lateral soil resistance above the rotation point (RP) is quantified using ap-ymodel, while the resistances below the RP including the base shear and base moment are integrated into a moment-rotation spring (characterized by aMR-θRmodel) at the RP. It can naturally recover to ap-ymodel while analyzing flexible piles, whereθR=0 at RP. Formulations of the ‘p-y + MR-θR’ model (including diameter-relatedp-yandMR-θRmodels, and the depth of the RP) are proposed based on the results of a series of well-calibrated 3D numerical models. The proposed model has satisfactorily reproduced a number of field and centrifuge test results on laterally loaded monopiles with a wide range ofL/Dratios (including flexible, semi-rigid and rigid piles), using a unified set of parameters. Compared to the standardp-ymodel, the adoption of the proposed ‘p-y + MR-θR’ model is shown to substantially reduce design conservatism.
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影响因子：
3.3
作者：
Hong Yi;Wang Lizhong;Zhang Jianfeng;Gao Zhiwei
通讯作者：
Gao Zhiwei
DOI：
10.1680/jgeot.18.pisa.005
发表时间：
2020-10
期刊：
Géotechnique
影响因子：
--
作者：
L. Zdravković;D. Taborda;D. Potts;D. Abadías;H. Burd;B. Byrne;K. Gavin;G. Houlsby;R. Jardine-R.-Jard
通讯作者：
L. Zdravković;D. Taborda;D. Potts;D. Abadías;H. Burd;B. Byrne;K. Gavin;G. Houlsby;R. Jardine-R.-Jard
DOI：
10.1002/nag.416
发表时间：
2005-04-10
影响因子：
4
作者：
Masín, D
通讯作者：
Masín, D
DOI：
10.1061/40865(197)19
发表时间：
2006-05
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
D. Dewaikar;P. Patil
通讯作者：
D. Dewaikar;P. Patil
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影响因子：
4.3
作者：
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通讯作者：
Lujun Wang