一种分析砂土地基在排水条件下高循环荷载作用下变形的新方法
声明：本文为我与Dr.-Ing.KhalidAbdel-Rahman与Prof.Dr.-Ing.MartinAchmus在InternationalJournalforNumericalandAnalyticalMethodsinGeomechanics期刊上发表的文章《Anewmethodfortheanalysisoffoundationbehaviorinsandunderdrainedhigh-cycleloading》的中文翻译鉴于中英文表达习惯不同，若有歧义，请以英文原版为准。该翻译版本以及原文仅作为学习交流使用，禁止用作其他用途一种分析砂土地基在排水条件下高循环荷载作用下变形的新方法作者：曹舒瀚，KhalidAbdel-Rahman,MartinAchmus作者单位：汉诺威大学岩土工程研究所摘要：在海上风能技术中，尤其是在海上风力发电机中，结构的永久变形必须加以限制。为此，必须尽可能准确地预测地基在循环荷载作用下的永久变形累积。为了计算非粘性土中的累积变形，可采用半经验法、p-y曲线法和数值法等不同方法。在数值方法中，刚度折减法（StiffnessDegradationMethod,SDM）具有实用性强的优点。然而，该方法仅适用于相对简单的本构模型，且未考虑土体初次加载以及再次加载应力路径不同的影响。基于SDM的基本概念，一种新的数值方法予以提出，即循环应变累积法（CyclicStrainAccumulationMethod,CSAM）。CSAM克服了SDM的弱点，尤其是与更高级本构不兼容的问题，同时还保留了SDM的主要优点--实用性。通过对大直径单桩基础的数值计算发现，如果采用相同的土体本构模型，CSAM可得到与SDM相同的结果的结果。此外，CSAM的计算效率更高，有着继续优化的潜力。适用于任意土体的本构模型，可以考虑不同应力路径的效果。结果表明，CSAM是一种很有前途的新数值方法，可用于计算土体的变形。关键词：海上风力发电机、大直径单桩基础、循环变形、有限元法（FEM）、刚度折减法（SDM）、循环应变累积法（CSAM）。6参考文献[1]DafaliasYF,ManzariMT.Simpleplasticitysandmodelaccountingforfabricchangeeffects.JEngMech.2004;130(6):622-634.[2]LiuH,DiambraA,AbellJA,PisanòF.Memory-enhancedplasticitymodelingofsandbehaviorunderundrainedcyclicloading.JGeotechGeoenvironEng.2020;146(11):04020122.[3]NiemunisA,WichtmannT,TriantafyllidisT.Ahigh-cycleaccumulationmodelforsand.ComputGeotech.2005;32(4):245-263.[4]WichtmannT,MachačekJ,ZachertH,GüntherH.ValidierungeineshochzyklischenAkkumulationsmodellsanhandvonModellversuchenundMessungenanrealenBauwerken.Bautechnik.2019;96(2):160-175.(inGerman).[5]AchmusM,KuoYS,Abdel-RahmanK.Behaviorofmonopilefoundationsundercycliclateralload.ComputGeotech.2009;36(5):725-735.[6]AlbikerJ.UntersuchungenzumTragverhaltenzyklischlateralbelasteterPfähleinnichtbindigenBöden,Heft77.InstitutfürGeotechnik,LeibnizUniversitätHannover(PhDthesis,inGerman);2016.[7]WestermannK,ZachertH,WichtmannT.VergleichvonAnsätzenzurPrognosederLangzeitverformungenvonOWEAMonopilegründungeninSand:Teil1:GrundlagenderAnsätzeundParameterkalibration.Bautechnik.2014;91(5):309-323.(inGerman).[8]WestermannK,ZachertH,WichtmannT.VergleichvonAnsätzenzurPrognosederLangzeitverformungenvonOWEAMonopilegründungeninSand:Teil2:simulationenundSchlussfolgerungen.Bautechnik.2014;91(5):324-332.(inGerman).[9]YangM,LuoR,LiW.Numericalstudyonaccumulateddeformationoflaterallyloadedmonopilesusedbyoffshorewindturbine.BullEngGeolEnviron.2018;77(3):911-921.[10]FrickD,AchmusM.Amodelteststudyontheparametersaffectingthecycliclateralresponseofmonopilefoundationsforoffshorewindturbinesembeddedinnon-cohesivesoils.WindEnergyScience.2022;7(4):1399-1419.[11]API.RecommendedPractice2GEO-GeotechnicalandFoundationDesignConsiderations.AmericanPetroleum.Institute,VersionOctober2014;2014.[12]DührkopJ.ZumEinflussvonAufweitungenundzyklischenLastenaufdasVerformungsverhaltenlateralbeanspruchterPfähleinSand.Vol.20.InstitutfürGeotechnikundBaubetrieb,TechnischeUniversitätHamburg-Harburg(PhDthesis,inGerman);2009.[13]Achmus,M.,&Song,J.(2022).Derivationofcyclicpycurvesforthedesignofmonopilesinsand.InCurrentPerspectivesandNewDirectionsinMechanics,ModellingandDesignofStructuralSystems(pp.1994-2000).CRCPress.[14]OhdeJ.ZurTheoriederDruckverteilungimBaugrund.DerBauingenieur.1939;20:S451-S459.(inGerman).[15]RecommendationsoftheCommitteeforWaterfrontStructuresHarboursandWaterways(EAU).11thed.GermanGeotechnicalSociety;2012.[16]HuurmanM.Developmentoftrafficinducedpermanentstrainsinconcreteblockpavements.Heron.1996;41(1):29-52.[17]WuW.HypoplastizitätalsmathematischesModellzummechanischenVerhaltengranularerStoffe.VeröffentlichungendesInstitutsfürBodenmechanikundFelsmechanikderUniversitätKarlsruheHeft139(inGerman);1992.[18]BenzT.Small-StrainStiffnessofSoilsanditsNumericalConsequences.UniversitätStuttgart,InstitutfürGeotechnik;2007.[19]ABAQUSUser’sManual2020.Simulia.[20]BauerE.Calibrationofacomprehensiveconstitutionequation.SoilsFound.1996;36(1):13-26.[21]GudehusG.Acomprehensiveconstitutionequationforgranularmaterials.SoilsFound.1996;36(1):1-12.[22]KolymbasD.EinnichtlinearesviskoplastischesStoffgesetzfürBöden.VeröffentlichungendesInstitutsfürBodenmechanikundFelsmechanikderUniversitätKarlsruhe;1977.Heft77(inGerman).[23]vonWolffersdorfPA.VerformungsprognosenfürStützkonstruktionenHeft141(inGerman).VeröffentlichungendesInstitutsfürBodenmechanikundFelsmechanikderUniversitätKarlsruhe;1997.[24]EANG.EmpfehlungendesArbeitskreisesNumerikinderGeotechnik–EANG,1.Auflage,DeutscheGesellschaftfürGeotechnike.V(InGerman).2014.[25]TamagniniC,SellariE,MasinD,vonWolffersdorffPA.2009.https://soilmodels.com/download/plaxis-umat-hypoplas-zip/[26]WichtmannT,TriantafyllidisT.Anexperimentaldatabaseforthedevelopment,calibrationandverificationofconstitutivemodelsforsandwithfocustocyclicloading:partI–testswithmonotonicloadingandstresscycles.ActaGeotech.2016;11(4):739-761.[27]HelmJ,LaueJ,TriantafyllidisT.UntersuchungenanderRUBzurVerformungsentwicklungvonBödenunterzyklischenBelastungen.WorkshopBodenunterfastzyklischerBelastung.SchriftenreihedesInstitutsfürGrundbauundBodenmechanikderRuhr-UniversitätBochum;2000.HeftNr.32.[28]WichtmannT,NiemunisA,TriantafyllidisT.FE-Prognosede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