风机棘轮致密化桩周海床在波浪作用下的液化机理与灾变防控

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51679211
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0905.水工岩土工程
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Large-diameter monopile is the most common foundation of offshore wind turbines. The adjacent seabed soil around the monopile tends to liquefy under extreme wave loadings, which makes the monopile foundation prone to deformation failure or even collapse. The monopile foundation commonly undergoes periodic wind loads and lateral fatigue loading of waves with small amplitudes before the extreme wave loading. It will lead to the ratcheting densification of the seabed soil around the pile which will in turn affects its liquefaction characteristics under extreme wave loading. With the massive construction of the offshore wind turbines in China, it is desirable to carry out research on the liquefaction mechanism of the densified seabed near pile under extreme wave loading, as well as the disaster prevention and control methods.. The research will be proceeded from two aspects. In the first place, cyclic drained triaxial tests and program development with the subroutine of ABAQUS-USDFLD will be conducted, so as to obtain the densification behaviors of soil and the spatial distribution of the ratcheting densification of the seabed soil near the monopile. On this basis, a centrifuge inflight wave generation device will be developed, to perform centrifuge model tests on the monopile-seabed interaction under wave loading; utilising the modified super-loading and subloading constitutive model considering the complex stress paths of soil around pile, a numerical analysis method will be proposed that solves the monopile-seabed interaction problem under wave loading, and reveals the liquefaction mechanism of the ratcheting densified seabed soil near the monopile under extreme wave loading; corresponding evaluation methods and disaster control measures will be brought forward. The research to be carried out will put an end to the situation of isolated research on seabed liquefaction and lateral cyclic interaction of pile-soil, which is expected to solve the conservative design problem of wave liquefaction resistance in practical engineering, and provide important scientific and technological support for the construction of offshore wind turbines in China.
大直径单桩是海上风机最常用的基础型式。在周期风和小幅波浪水平疲劳荷载作用下,桩周海床发生棘轮致密化;进而在极端波浪作用下,桩周致密化海床液化极易导致基础变形失效,甚至倒塌破坏。亟需开展相应的桩周海床液化机理及灾变防控研究。.本项目首先通过排水条件下循环三轴试验和ABAQUS子程序开发,分别获得风、浪疲劳荷载作用下土体致密特性及桩周海床致密化空间分布规律;在此基础上,研发离心机造波模型箱开展波浪作用下单桩-海床相互作用离心模型试验,考虑桩周土复杂应力路径修正上下负荷面本构模型,提出波浪对海床循环波压力及对桩基水平循环荷载共同作用下单桩-海床相互作用的数值分析方法,揭示极端波浪作用下棘轮致密化桩周海床的液化机理,并提出相应的评估方法和灾变控制措施。拟开展研究将改变波浪作用下海床液化和桩土水平循环相互作用两者割裂研究的局面,可望解决目前工程上依靠经验进行抗波浪液化保守设计的问题。

结项摘要

本项目照原计划执行,针对风和波浪荷载作用下桩周海床动力响应和桩土相互作用问题,通过开展单元体试验、波浪-海床相互作用超重力模型试验、水平循环荷载下大直径单桩水平受荷特性超重力模型试验、砂土海床交变液化特性数值模拟等,取得主要进展如下:(1)研发了我国首台用于臂式离心机的超重力波浪模拟实验装置,再现了现场大时空尺度波浪-海床相互作用;(2)通过室内单元体试验与超重力试验揭示了砂土海床地基沿深度渐进液化、持续剪缩致密化导致孔压循环累积速率慢于消散速率而发生重固结的机理,获得了长期循环作用下砂土变形和棘轮致密化分布规律;(3)建立了基于砂土交变液化和主应力轴旋转效应的波浪-单桩-海床相互作用有限元分析模型,得到不同波浪工况下桩周海床孔压分布和桩土相互作用规律,提出了桩周海床孔压累积预测模型和液化p-y曲线;界定了可将波浪等效为水平循环荷载的临界水深;(4)提出了水平循环荷载作用下单桩基础与导管架群桩基础变形与承载力分析方法,建立了与循环应力比相关的桩周土弱化分析模型,采用刚度衰减模型实现了对桩基础在风和波浪荷载作用下桩周土弱化的量化描述,并开展现场试验进行了验证。. 本研究课题共发表和录用相关学术论文17篇(均标注该项目资助),包括《Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE》、《Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, ASCE》、《Canadian Geotechnical Journal》等本领域主流SCI期刊论文15篇, EI论文1篇,授权国家实用新型专利1项。成果中风机基础循环累积变形分析方法作为重要内容的项目获浙江省科技进步一等奖1项(项目负责人排名第1)。以本项目工作和成果为重要支撑,项目负责人朱斌入选2019年度“长江学者奖励计划”特聘教授,并作为主要审查人参与国家标准《海上风力发电场设计规范》(GBT51308-2019)制定。成果应用于广东桂山、浙江普陀等大型海上风电场工程。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Centrifuge Modeling for Seismic Response of Fixed-End Model Piles Considering Local Scour
考虑局部冲刷的固定端模型桩地震响应的离心机建模
  • DOI:
    10.1061/(asce)ww.1943-5460.0000604
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Journal of Waterway Port Coastal and Ocean Engineering-ASCE
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bin Zhu;Xiaofeng Wu;Yubing Wang;Yunmin Chen
  • 通讯作者:
    Yunmin Chen
Centrifuge modelling for seismic response of single pile for wind turbine subjected to lateral load
侧向荷载风电机组单桩地震响应的离心机建模
  • DOI:
    10.1080/1064119x.2020.1834654
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Marine Georesources & Geotechnology
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Zhu Bin;Wu Xiaofeng;Wang Yubing;Zhou Yanguo
  • 通讯作者:
    Zhou Yanguo
波浪-海床-结构物相互作用离心模型试验及数值模拟
  • DOI:
    10.15951/j.tmgcxb.2019.s2.026
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    土木工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴雷晔;朱斌;陈仁朋;孔德琼
  • 通讯作者:
    孔德琼
Experimental study on lateral behaviour of tetrapod caisson foundations in silt
淤泥中四足沉箱基础横向性能试验研究
  • DOI:
    10.1680/jphmg.20.00033
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    International Journal of Physical Modelling in Geotechnics
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Kong Deqiong;Ying Panpan;Wan Jiayi;Zhang Wenlong;Zhu Bin
  • 通讯作者:
    Zhu Bin
A numerical study on the lateral loading behaviour of offshore tetrapod piled jacket foundations in clay
海上粘土四足桩导管架基础侧向加载特性数值研究
  • DOI:
    10.1016/j.apor.2018.04.001
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
    Applied Ocean Research
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Bin Zhu;Kai Wen;Deqiong Kong;Zhoujie Zhu;Lujun Wang
  • 通讯作者:
    Lujun Wang

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其他文献

PSP:一种高效的偏序域上skyline查询处理方法
  • DOI:
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  • 作者:
    白梅;王京徽;王习特;朱斌;李冠宇
  • 通讯作者:
    李冠宇
大数据视角下的采购风险评估
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    朱斌
N型圆钢管相贯节点力学性能的试验研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    土木工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱斌;吴亮秦;韩庆华;李自林
  • 通讯作者:
    李自林
超高效液相色谱高分辨质谱法测定水体中青霉素残留
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国给水排水
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄思静;汪义杰;朱斌;王建国
  • 通讯作者:
    王建国
海洋高桩基础水平大变位性状模型试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    岩土工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱瑞燕;朱斌;陈仁朋;罗军;孔令刚
  • 通讯作者:
    孔令刚

其他文献

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朱斌的其他基金

模拟深海岩土介质气体运移及诱发灾变的实验装置
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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