振动沉桩过程中土壤阻力特性的实验室尺度实验研究

本文通过实验室尺度实验系统研究了饱和密砂中钢管桩的振动沉桩过程，重点分析了振动频率和贯入速率对桩-土相互作用的影响。研究揭示了振动参数对土壤阻力(SRD)和桩可打性的关键作用，为海上风电单桩(monopile)振动沉桩技术提供了重要实验依据，对优化振动沉桩(Vibro-driving)工艺、降低水下噪声排放具有重要工程意义。

　　

Highlight亮点

本研究通过实验室尺度实验揭示了振动沉桩过程中桩端和桩身反应的动态特性，为理解振动能量在密实饱和砂土中的传播机制提供了新见解。

Vibratory driving modeling振动沉桩建模

安装大直径单桩的挑战促使研究者深入探索沉桩过程的物理机制。当前研究主要集中于冲击打桩(impact piling)，特别是基于锥贯入试验(CPT)的静态打桩阻力(SRD)表征方法。振动沉桩模型自然借鉴了冲击打桩的组件，因为...

Lab testing programme实验室测试方案

实验在荷兰Deltares实验室进行，使用9.0×5.5×2.5m的大型土槽，填土深度2.4m。测试采用不同直径的钢管桩，系统控制振动频率和贯入速率等参数。

Selected test results精选测试结果

以T1（慢速安装）和T6（快速安装）为例，展示了桩贯入过程中桩头作用力(F_h)和桩端阻力(R_t)的演变规律。初始阶段吊车荷载释放导致桩头静力增加，随后振动系统激活产生周期性荷载。

Overall test results during driving整体打桩测试结果

本节分为桩端响应和桩身响应两个子部分。数据显示振动频率和贯入速率的组合显著影响桩的沉入性能，在特定参数下观察到明显的"润滑"效应。

Back calculation of soil resistance during driving土壤阻力反演分析

尝试基于实验结果反演侧向应力系数β(z,d)。该系数是多个参数的函数：初始竖向有效应力(σ′_v0)、土壤相对密度(D_r)、循环竖向位移幅值(|u_c|)、驱动频率(f)和加载循环次数(N)。

Conclusions结论

实验室尺度实验揭示了振动沉桩过程中桩-土相互作用的关键机制，为开发可靠的预测模型奠定了基础，对优化海上风电单桩安装工艺具有重要指导意义。