孔德森等：非均质土中海上风电单桩基础动力响应特性 713· a (b) 率取为0.1Hz进行研究 Reverse load side Normal load side 2.2桩身位移 Load 对第20次循环时前5s和后5s桩身位移沿埋 drn Omax 深变化规律进行分析，第20次循环时桩身水平位 Disdirbution of pile side Disdirbution of pile side 移变化曲线如图4所示 soil pressure before loading soil pressure after loading 由图4(a)可知，191~195s泥面处桩身水平位 图2桩侧土抗力分布图 移分别为13.7、25.3、26.4、17.2和1.83mm,随着时 Fig.2 Soil resistance distribution diagram of pile side 间的增加，位移先增加后减小，且位移增加的幅度 ABAQUS后处理中提取水平支反力和桩身水平位 越来越小，减小的幅度越来越大，由于荷载呈对数 移的相关数据，然后利用绘图软件Origin绘制水 形式增加一荷载逐渐增大且增大的幅度逐渐减 平支反力与水平位移之间的关系曲线，得到桩顶 小，造成桩身位移增加幅度变小，193s时桩身泥面 荷载位移曲线，如图3所示 处位移最大，屈曲现象最明显，由于193s之后荷 载呈指数形式减小一荷载逐渐减小且减小的幅度 逐渐增大，故桩身位移减小幅度增加.193s时与 0.05 192s时荷载值相同，但泥面处位移值比192s时增 三0.10 加了1.1mm,194s时与191s时荷载值相同.泥面 处位移值比191s时增加了3.5mm,正向卸载与正 0.15 向加载相同荷载值下桩身位移增大，说明循环荷 载作用下桩身位移是不断累积的，不同时间点的 0.25 桩身位移零点位于泥面下32~34m,桩绕桩身轴 线上某一点转动，表现出刚柔桩的性质 0.30 0 0.5 1.01.52.02.5 3.0 3.5 由图4(b)可知，196~200s泥面处桩身水平位 Horizontal force/MN 移分别为-13.7、-25.7、-26.8、-17.5和-1.82mm 图3桩顶荷载位移曲线图 由于荷载和结构的对称性，负向荷载与正向荷载 Fig.3 Load-displacement curve of pile top 作用时桩身位移规律一致，关于y轴大致呈对称 根据允许变形法，将桩顶水平位移达到 分布；196~200s时桩身位移零点主要位于泥面 0.02D时对应的水平荷载，确定为海上风机单桩基 下34~36m范围内，桩身位移零点相比正向加载 础的水平极限承载力.根据荷载位移曲线，当位移 时发生了下移，这可能是由于循环过程中桩周土 为0.1m时对应荷载1.31MN,为了反映单桩基础 体软化引起的 所受的荷载水平，单桩上施加的水平循环荷载幅 2.3桩身剪力 值的大小为其水平极限荷载F的一定比值，为了 对第20次循环时前5s和后5s桩身剪力沿埋 避免荷载幅值过小或过大对分析结果造成影响， 深变化规律进行分析，第20次循环时桩身剪力变 故取水平荷载幅值为0.6F,根据工程资料，荷载频 化曲线如图5所示 0 (a) (b) 0 10 2 20 =191s 20 -=196s 是 ◆=192s -=197s 30 =193s 30 -=198s ★-=194s =199s ◆=195s =200s 40 40 50F 50 -5 0 510152025 30 -30-25-20-15-10-5 0 Displacement/mm Displacement/mm 图4第20次循环时桩身水平位移变化曲线.(a)前5s:(b)后5s Fig.4 Horizontal displacement variation curves along the pile shaft during the 20th cycle:(a)first 5 s;(b)next 5 sABAQUS 后处理中提取水平支反力和桩身水平位 移的相关数据，然后利用绘图软件 Origin 绘制水 平支反力与水平位移之间的关系曲线，得到桩顶 荷载位移曲线，如图 3 所示. 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 Displacement/m Horizontal force/MN Fu 图 3    桩顶荷载位移曲线图 Fig.3    Load‒displacement curve of pile top 根据允许变形法 [9] ，将桩顶水平位移达 到 0.02D 时对应的水平荷载，确定为海上风机单桩基 础的水平极限承载力. 根据荷载位移曲线，当位移 为 0.1 m 时对应荷载 1.31 MN，为了反映单桩基础 所受的荷载水平，单桩上施加的水平循环荷载幅 值的大小为其水平极限荷载 Fu 的一定比值，为了 避免荷载幅值过小或过大对分析结果造成影响， 故取水平荷载幅值为 0.6Fu，根据工程资料，荷载频 率取为 0.1 Hz 进行研究. 2.2    桩身位移 对第 20 次循环时前 5 s 和后 5 s 桩身位移沿埋 深变化规律进行分析，第 20 次循环时桩身水平位 移变化曲线如图 4 所示. 由图 4（a）可知，191～195 s 泥面处桩身水平位 移分别为 13.7、25.3、26.4、17.2 和 1.83 mm，随着时 间的增加，位移先增加后减小，且位移增加的幅度 越来越小，减小的幅度越来越大，由于荷载呈对数 形式增加—荷载逐渐增大且增大的幅度逐渐减 小，造成桩身位移增加幅度变小，193 s 时桩身泥面 处位移最大，屈曲现象最明显，由于 193 s 之后荷 载呈指数形式减小—荷载逐渐减小且减小的幅度 逐渐增大，故桩身位移减小幅度增加. 193 s 时与 192 s 时荷载值相同，但泥面处位移值比 192 s 时增 加了 1.1 mm，194 s 时与 191 s 时荷载值相同，泥面 处位移值比 191 s 时增加了 3.5 mm，正向卸载与正 向加载相同荷载值下桩身位移增大，说明循环荷 载作用下桩身位移是不断累积的，不同时间点的 桩身位移零点位于泥面下 32～34 m，桩绕桩身轴 线上某一点转动，表现出刚柔桩的性质. 由图 4（b）可知，196～200 s 泥面处桩身水平位 移分别为−13.7、 −25.7、 −26.8、 −17.5 和−1.82 mm， 由于荷载和结构的对称性，负向荷载与正向荷载 作用时桩身位移规律一致，关于 y 轴大致呈对称 分布；196～200 s 时桩身位移零点主要位于泥面 下 34～36 m 范围内，桩身位移零点相比正向加载 时发生了下移，这可能是由于循环过程中桩周土 体软化引起的. 2.3    桩身剪力 对第 20 次循环时前 5 s 和后 5 s 桩身剪力沿埋 深变化规律进行分析，第 20 次循环时桩身剪力变 化曲线如图 5 所示. (a) (b) Reverse load side Normal load side Load Ⅰ Ⅱ σ′0 σ′min σ′max Disdirbution of pile side soil pressure before loading Disdirbution of pile side soil pressure after loading 图 2    桩侧土抗力分布图 Fig.2    Soil resistance distribution diagram of pile side 50 40 30 20 10 0 −5 0 5 10 15 20 25 30 (a) Displacement/mm Pile depth/m t=191 s t=192 s t=193 s t=194 s t=195 s 50 40 30 20 10 0 −30 −25 −20 −15 −10 −5 0 5 (b) Displacement/mm Pile depth/m t=196 s t=197 s t=198 s t=199 s t=200 s 图 4    第 20 次循环时桩身水平位移变化曲线. （a）前 5 s；（b）后 5 s Fig.4    Horizontal displacement variation curves along the pile shaft during the 20th cycle: (a) first 5 s; (b) next 5 s 孔德森等： 非均质土中海上风电单桩基础动力响应特性 · 713 ·