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歐美大地 室內巖土試驗
室內巖土試驗
GDS動單剪為您的海上風電設計保駕護航
發布時間:2018-12-07 瀏覽次數:23025 來源:歐美大地

據估計,未來30年世界能源消耗將增加56%。核電和可再生能源是世界能源增長最快的來源,均以2.5%的年均增長率增長。水電和風能是全球可再生能源發電增長的兩個最大因素(IEA,2013)。

風能是一種潔凈的可再生的一次能源。風力發電是一種建設周期短、建設規模靈活,不污染環境、具有良好的經濟和社會效益的新能源項目。隨著國家對環境保護的增強和在政策方面對風力發電項目的扶持,風力發電在近年在我國得到了迅猛發展。

據中國氣象科學研究院估算中國陸地上離地10米高度的可開發利用風能儲量為2.5億千瓦,海上儲量約為7.5億千瓦海上風能資源儲量遠大于陸地風能儲量。因此,發展海上風能技術是必然選擇。


其中風電機基礎設計是風電場設計中的重要組成部分,其造價與其安全性又關系著整個風電場的生存。資料顯示,歐洲已建成海上風電場中,地基基礎體系的資本比例占到百分之二十,風電機組由于基礎結構因素而導致的破壞占到總破壞量值的百分之十八。因此設計出一個既安全又經濟的風電機基礎對整個風電場工程是具有重要意義的。
 
風力發電機塔架一般都大于60m,屬高聳結構,其基礎主要是用于支承風力發電機機組運行過程中所產生的各種荷載,保證風電機機組安全穩定的運行,并確保極端荷載工況下風電機機組不失穩。此外海上風機基礎結構兼具高聳結構基礎、海洋結構工程、動力設備基礎以及復雜軟土地基四種特性。 風機基礎需要承受360°方向重復荷載以及具有大偏心受力特性,風力發電機組基礎同時承受豎向荷載、水平荷載、傾覆彎矩以及扭矩的共同作用,水平荷載,豎向荷載和力矩共同作用的加載方式稱為復合加載模式,在此種復合加載模式下建筑物及其地基的整體穩定極限承載力是工程設計中的關鍵問題。

此外,碳氫化合物繼續在能源市場中發揮重要作用,平臺在更深的水域中建造,以便能夠進入新的油氣田。由于各種靜態、循環和動態載荷,海上能源結構,包括風力渦輪機和石油和天然氣平臺,在結構、風、波浪和土壤之間經歷復雜的相互作用。

 
GDS開發了一系列設備,可以復制應用于海上能源結構基礎土壤的二維和三維靜態和動態循環荷載。這些系統包括三軸和直接簡單剪切系統,可以確定海上土壤的循環強度,以及固結特性,使用局部傳感器的小應變剛度測量,以及靜態不排水強度,以便在設計過程中進行評估。
 
   
GDS動單剪系列產品EMDCSS、VDDCSSMDCSS)正是一個方便用于海上復雜受力研究的優秀工具。
適用于規范ASTM D-6528:通過直接簡單剪切設備測定土壤的靜態剪切強度參數。 該標準也可用作在海上土壤上進行循環簡單剪切試驗的指南,以確定用于設計的循環強度。
       

設備中圓柱形土樣側限被涂有特富龍涂層的低摩擦剪切環約束,確保橫截面面積不變。施加剪力荷載時,垂直位移可保持恒定,確保常體積條件,也就是單剪。它們能夠進行動態循環測試,可測試小應變(0.005%剪切應變幅度)到大應變(10%剪切應變幅度),以及精確的準靜態測試;試樣制備方便,可模擬海上能源結構基礎(例如,樁基礎)經受主應力旋轉時土壤響應情況??梢宰远x循環加載曲線,例如風暴期間波浪荷載的記錄,應用于測試樣本。

VDDCSS可以在兩個方向上施加直接簡單剪切,允許在任何水平方向上執行單剪測試,近似于海上結構由于風和波浪載荷的組合而經歷的復雜加載模式。

MDDCSSVDDCSS的基礎上還允許對樣品施加圍壓。樣品架被包裝在丙烯酸壓力室內。圍壓的使用用也允許將反壓施加到試樣上。這樣允許樣品進行反壓飽和,在單剪試驗期間直接記錄超孔隙水壓力。

        



目前世界上許多研究機構也在使用該系統:
 
Name Of Institute/Company  Country
EBA Tetra Tech Canada
Klohn Crippen (2 systems) Canada
BGC Canada
Norwegian Geotechnical Insitute (NGI) Norway
Russell Geotechnical Innovations Limited UK
MEG Consulting Canada
Zhejiang University of Science & Technology China
US Bureau of Reclamation USA
Golder Associates Australia
Ocean University of China China
China Oilfield Services (5 systems) China
Fugro Marine UK (8 Systems) UK
Geolabs Ltd UK
Geo Marine Technology Ltd China
Fugro Singapore (2 Systems) Singapore
Ben-Gurion University  Israel
Tianjin Research Institute for Water Transport Energy China
University of Bremen Germany
Liebiniz University of Hannover Germany
China Oilfield Services Limited (COSL) Hong Kong
Chu Hai College China
IFSTTAR France
University of Washington USA
Sherbrooke University Canada
Golder Associates Inc USA
Gardline Limited UK
 
 


GDS動單剪甚至得到了挪威工程巖土研究所(NGI是DSS的原型設計單位)的贊譽,購買后與空心圓柱的實驗結果進行了比較。




Fugro公司在過去十年中,一直非常積極地進行初步和詳細的土壤調查,用于北海和波羅的海的海上風力發展,最近在美國海域,進行了大量的初步和詳細的巖土工程調查以及超過25個詳細的根據德國BSH法規進行調查。在海上石油和天然氣行業,Fugro擁有悠久的土壤調查測試歷史,該集團的專業知識在世界上幾乎每個大陸的海域使用。Fugro公司一共購買了10套用于相關研究下圖是Fugro實驗室副主任Roger Brown向客人介紹他們的動單剪設備。


 







英國GDS離岸測試實驗室設備,可實現兩維和三維動態循環加載:
電機伺服動態循環簡單剪切系統是一個高尖的設備設計用于商業和研究實驗室的直接剪切實驗,電機伺服作動器進行實驗最大5Hz,與氣動方式相比提供更高的精度。試樣橫向使用低摩擦保持環限制試樣,確保橫截面面積不變。





 
多向循環單剪試驗系統 (VDDCSS), 基于EMDCSS設計,能在單剪試驗中多向條件下測試土的殘余變形 。是通過在第一個作動器的90度方向處安放第二個剪切作動器來完成的。3D試驗的初始設計是用于海上風電場的基礎試驗,該系統能和EMDCSS一樣完成單剪試驗,但是先進之處在于可以沿著更為復雜的荷載——水平應力方向旋轉,VDDCSS-CP的原理和VDDCSS一樣,但是在試樣周圍配備了額外的腔體,這樣圍壓和反壓可以分別施加。
激活高度控制來確保剪切時體積恒定,這時特制的荷重傳感器消除剪切荷載時產生的牽引。

實驗控制允許設定水平荷載、位移及方向的振幅??梢远x剪切方向和0度開始剪切旋轉。6軸荷重傳感器,保證所有荷載都處于高精度內部補償測量狀態。
每個軸可以進行荷載或位移控制。兩個剪切方向的局部應變LVDT,高精度應變測量。利用氣壓控制器(GDSPPC)通過對壓力室內的氣/水轉換裝置進行控制,可以施加最高1Mpa的水壓。高精度測量所有階段的孔隙水壓力。


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