低塑性软黏土中大直径单桩的离心模拟与p-y曲线表征：单调与长期循环荷载下的响应机制

台湾海峡海床广泛分布低塑性软黏土，海上风电(OWT)基础在波浪/风荷载下的长期稳定性面临挑战。本研究通过60g离心模拟试验，揭示了5m直径半刚性单桩在单调及高周次循环荷载下的响应规律，建立了考虑应变累积效应的y-乘数修正p-y曲线模型，弥补了API规范在低塑性黏土中半刚性桩设计的不足，为OWT基础设计提供重要理论支撑。

　　

在台湾海峡等海域，海上风电(OWT)基础面临着独特的工程挑战——海床广泛分布着低塑性软黏土，这种特殊地质条件下，大直径单桩基础在数百万次波浪循环荷载作用下的长期性能尚不明确。传统设计依赖美国石油学会(API)的p-y曲线方法，但该方法基于柔性桩现场试验数据，对半刚性桩在低塑性黏土(PI<20)中的适用性存疑。更棘手的是，长期循环荷载会导致黏土累积应变和刚度衰减，现有设计规范却缺乏量化这些效应的可靠模型。

台湾的研究团队在《Ocean Engineering》发表的研究，通过创新性的离心模型试验揭开了这一"黑箱"。研究采用60g离心加速度下的两阶段缩放技术，将直径5m的原型桩缩尺为模型，在砂-高岭土混合制备的低塑性黏土中，系统测试了单调加载和不同振幅/序列的高周次(>10⁴次)循环荷载工况。关键技术包括：1)采用混合土体制备满足PI=15-20的原状土样；2)通过应变控制加载模拟实际波浪荷载谱；3)采用微型传感器阵列监测桩-土界面响应；4)基于试验数据反演建立修正p-y曲线模型。

Monotonic test results
试验发现低塑性黏土中桩的初始刚度比API预测值高40%，但达到极限位移后呈现更显著的软化特性。通过对比分析，揭示了API方法低估了黏土对桩径效应的敏感性，建立了考虑直径修正系数的非线性p-y曲线方程。

Cyclic load-deflection response
循环荷载试验中观察到三个典型阶段：初期快速累积(前100次循环)、中期渐进发展(100-10⁴次)和后期稳定阶段。关键发现是累积位移与循环次数呈对数关系，且受荷载历史显著影响——高-低振幅序列比低-高序列产生更大残余位移。通过定义刚度衰减系数β=1-0.1logN，量化了刚度退化规律。

Conclusions
研究创新性提出"双修正因子"法：采用p-乘数反映刚度衰减，y-乘数表征应变累积。该模型成功预测了10⁶次循环后的位移增量，误差<15%。相比传统API方法，新模型更准确捕捉了半刚性桩在低塑性黏土中的循环弱化效应，为OWT基础设计提供了重要工具。值得关注的是，试验揭示的荷载序列依赖性提示实际设计中应考虑极端荷载事件的发生时序，这对台风频发区的风电基础耐久性评估具有特殊意义。

这项研究不仅填补了低塑性黏土中大型单桩设计方法的空白，其提出的y-乘数概念更为岩土工程中其他循环荷载问题(如海上平台、跨海大桥基础)的分析提供了新思路。研究团队特别指出，下一步需开展不同PI值黏土的对比试验，以进一步完善设计体系的普适性。