孔德森等：非均质土中海上风电单桩基础动力响应特性 .717 由图10(a)可知，不同循环结束时泥面处桩身 模拟的可靠性.取文献27]中4MN(此荷载与本 水平位移均为负，分别为-1.82、-8.32、-16.31、-22.71、 文荷载幅值最接近)水平力作用下桩身水平位移、 -26.72和-28.14mm,随着循环次数的增加，泥面 剪力、弯矩与193s时桩身水平位移、剪力、弯矩 处桩身水平位移绝对值逐渐增大，且增加的幅度 (此时桩身水平位移、剪力、弯矩最大)进行对比 越来越小，说明桩周土体强度随循环次数的增加 分析，如图11~13所示 而逐渐弱化，引起桩及桩周土体变形较大，且随着 从图11~13可以看出，图(a)与图(b)中泥面 循环次数的增加变形逐渐趋于稳定 以下范围内桩身水平位移、剪力、弯矩沿埋深变 由图10(b)可知，不同循环结束时桩底端位移 化规律类似.由图11可知，桩身水平位移曲线沿 均为正，分别为0.13、0.52、0.97、1.33、1.57和1.65mm, 埋深均出现零点，均呈现出非线性的变化，桩均绕 随着循环次数的增加，桩底端水平位移逐渐增大， 桩身轴线上某一点转动，表现出刚柔桩的性质.由 且增加的幅度逐渐变小 图12可知，泥面以下范围内桩身剪力均出现反弯 点，图12(a)中桩身剪力变化幅度较大，究其原因， 3数值计算结果对比分析 桩身水平位移较大，引起桩周土体压缩范围较大， 由于模型试验中桩的直径相对较小，无法直 能够提供较大的土抗力-2刘，导致剪力变化程度 接与本文数值模型中的大直径桩进行对比验证， 较大.由图13可知，泥面以下范围内桩身弯矩沿 故与已有的有限元分析结果进行对比分析.文献2] 埋深均没有出现反弯点，均沿埋深先变大后变小，最 中陈新奎采用ABAQUS对大直径桩的水平受荷特 大值均发生在浅层土体，桩底端弯矩均接近于零 性进行了模拟，并将数值模拟结果与风电场现场 综上可知，本文运用ABAQUS建立的数值模 试桩结果进行了对比分析，验证了ABAQUS数值 型是可靠的，且数值模拟结果是准确的 (a) (b) 10 Mud surface 10 20 30 20 40 30 60 70 50 -1001020304050607080 5 0 510152025 30 Displacement/mm Displacement/mm 图11桩身水平位移对比分析.(a)4MN水平力作用下桩身位移2：(b)193s时桩身位移 Fig.11 Comparative analysis of horizontal displacement along the pile shaft:(a)pile displacement under 4-MN horizontal force(b)pile displacement at 193s 0f(8 0 (b) 10 Mud surface 10 20 20 dop olld % 兰30 50 40 60 70 50 3 2 -1012 -0.6-0.40.20020.40.60.8 Shear force/MN Shear force/MN 图12桩身剪力对比分析.(a)4MN水平力作用下桩身剪力：(b)193s时桩身剪力图 Fig.12 Comparative analysis of shear force along the pile shaft:(a)pile displacement under 4-MN horizontal force(b)pile displacement at 193s由图 10（a）可知，不同循环结束时泥面处桩身 水平位移均为负，分别为−1.82、−8.32、−16.31、−22.71、 −26.72 和−28.14 mm，随着循环次数的增加，泥面 处桩身水平位移绝对值逐渐增大，且增加的幅度 越来越小，说明桩周土体强度随循环次数的增加 而逐渐弱化，引起桩及桩周土体变形较大，且随着 循环次数的增加变形逐渐趋于稳定. 由图 10（b）可知，不同循环结束时桩底端位移 均为正，分别为0.13、0.52、0.97、1.33、1.57 和1.65 mm， 随着循环次数的增加，桩底端水平位移逐渐增大， 且增加的幅度逐渐变小. 3    数值计算结果对比分析 由于模型试验中桩的直径相对较小，无法直 接与本文数值模型中的大直径桩进行对比验证， 故与已有的有限元分析结果进行对比分析. 文献 [27] 中陈新奎采用 ABAQUS 对大直径桩的水平受荷特 性进行了模拟，并将数值模拟结果与风电场现场 试桩结果进行了对比分析，验证了 ABAQUS 数值 模拟的可靠性. 取文献 [27] 中 4 MN（此荷载与本 文荷载幅值最接近）水平力作用下桩身水平位移、 剪力、弯矩与 193 s 时桩身水平位移、剪力、弯矩 （此时桩身水平位移、剪力、弯矩最大）进行对比 分析，如图 11～13 所示. 从图 11～13 可以看出，图（a）与图（b）中泥面 以下范围内桩身水平位移、剪力、弯矩沿埋深变 化规律类似. 由图 11 可知，桩身水平位移曲线沿 埋深均出现零点，均呈现出非线性的变化，桩均绕 桩身轴线上某一点转动，表现出刚柔桩的性质. 由 图 12 可知，泥面以下范围内桩身剪力均出现反弯 点，图 12（a）中桩身剪力变化幅度较大，究其原因， 桩身水平位移较大，引起桩周土体压缩范围较大， 能够提供较大的土抗力[28−29] ，导致剪力变化程度 较大. 由图 13 可知，泥面以下范围内桩身弯矩沿 埋深均没有出现反弯点，均沿埋深先变大后变小，最 大值均发生在浅层土体，桩底端弯矩均接近于零. 综上可知，本文运用 ABAQUS 建立的数值模 型是可靠的，且数值模拟结果是准确的. −10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 (a) Displacement/mm Mud surface 50 40 30 20 10 0 −5 0 5 10 15 20 25 30 (b) Pile depth/m 70 60 50 40 30 20 10 0 Pile depth/m Displacement/mm 图 11    桩身水平位移对比分析. （a）4 MN 水平力作用下桩身位移[27] ；（b）193 s 时桩身位移 Fig.11    Comparative analysis of horizontal displacement along the pile shaft: (a) pile displacement under 4-MN horizontal force[27] ; (b) pile displacement at 193 s 70 60 50 40 30 20 10 0 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 (a) Shear force/MN Pile depth/m Mud surface 50 40 30 20 10 0 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 (b) Shear force/MN Pile depth/m 图 12    桩身剪力对比分析. （a）4 MN 水平力作用下桩身剪力[27] ；（b）193 s 时桩身剪力图 Fig.12    Comparative analysis of shear force along the pile shaft: (a) pile displacement under 4-MN horizontal force[27] ; (b) pile displacement at 193 s 孔德森等： 非均质土中海上风电单桩基础动力响应特性 · 717 ·