據(jù)估計(jì)，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(fēng)能是全球可再生能源發(fā)電增長的兩個(gè)最大因素（IEA，2013）。
風(fēng)能是一種潔凈的可再生的一次能源。風(fēng)力發(fā)電是一種建設(shè)周期短、建設(shè)規(guī)模靈活,不污染環(huán)境、具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的新能源項(xiàng)目。隨著國家對環(huán)境保護(hù)的增強(qiáng)和在政策方面對風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的扶持,風(fēng)力發(fā)電在近年在我國得到了迅猛發(fā)展。
據(jù)中國氣象科學(xué)研究院估算中國陸地上離地10米高度的可開發(fā)利用風(fēng)能儲(chǔ)量為2.5億千瓦，海上儲(chǔ)量約為7.5億千瓦海上風(fēng)能資源儲(chǔ)量遠(yuǎn)大于陸地風(fēng)能儲(chǔ)量。因此，發(fā)展海上風(fēng)能技術(shù)是必然選擇。
其中風(fēng)電機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是風(fēng)電場設(shè)計(jì)中的重要組成部分,其造價(jià)與其安全性又關(guān)系著整個(gè)風(fēng)電場的生存。資料顯示，歐洲已建成海上風(fēng)電場中，地基基礎(chǔ)體系的資本比例占到百分之二十,風(fēng)電機(jī)組由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)因素而導(dǎo)致的破壞占到總破壞量值的百分之十八。因此設(shè)計(jì)出一個(gè)既安全又經(jīng)濟(jì)的風(fēng)電機(jī)基礎(chǔ)對整個(gè)風(fēng)電場工程是具有重要意義的。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架一般都大于60m,屬高聳結(jié)構(gòu),其基礎(chǔ)主要是用于支承風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的各種荷載,保證風(fēng)電機(jī)機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行,并確保極端荷載工況下風(fēng)電機(jī)機(jī)組不失穩(wěn)。此外海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)兼具高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、海洋結(jié)構(gòu)工程、動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)以及復(fù)雜軟土地基四種特性。 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)需要承受360°方向重復(fù)荷載以及具有大偏心受力特性,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)同時(shí)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(fù)合加載模式,在此種復(fù)合加載模式下建筑物及其地基的整體穩(wěn)定極限承載力是工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題。
此外，碳?xì)浠衔锢^續(xù)在能源市場中發(fā)揮重要作用，平臺(tái)在更深的水域中建造，以便能夠進(jìn)入新的油氣田。由于各種靜態(tài)、循環(huán)和動(dòng)態(tài)載荷，海上能源結(jié)構(gòu)，包括風(fēng)力渦輪機(jī)和石油和天然氣平臺(tái)，在結(jié)構(gòu)、風(fēng)、波浪和土壤之間經(jīng)歷復(fù)雜的相互作用。
GDS開發(fā)了一系列設(shè)備，可以復(fù)制應(yīng)用于海上能源結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)土壤的二維和三維靜態(tài)和動(dòng)態(tài)循環(huán)荷載。這些系統(tǒng)包括三軸和直接簡單剪切系統(tǒng)，可以確定海上土壤的循環(huán)強(qiáng)度，以及固結(jié)特性，使用局部傳感器的小應(yīng)變剛度測量，以及靜態(tài)不排水強(qiáng)度，以便在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行評估。
GDS動(dòng)單剪系列產(chǎn)品（EMDCSS、VDDCSS和MDCSS）正是一個(gè)方便用于海上復(fù)雜受力研究的優(yōu)秀工具。
適用于規(guī)范ASTM D-6528：通過直接簡單剪切設(shè)備測定土壤的靜態(tài)剪切強(qiáng)度參數(shù)。 該標(biāo)準(zhǔn)也可用作在海上土壤上進(jìn)行循環(huán)簡單剪切試驗(yàn)的指南，以確定用于設(shè)計(jì)的循環(huán)強(qiáng)度。
設(shè)備中圓柱形土樣側(cè)限被涂有特富龍涂層的低摩擦剪切環(huán)約束，確保橫截面面積不變。施加剪力荷載時(shí)，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(jìn)行動(dòng)態(tài)循環(huán)測試，可測試小應(yīng)變（0.005％剪切應(yīng)變幅度）到大應(yīng)變（10％剪切應(yīng)變幅度），以及精確的準(zhǔn)靜態(tài)測試；試樣制備方便，可模擬海上能源結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（例如，樁基礎(chǔ)）經(jīng)受主應(yīng)力旋轉(zhuǎn)時(shí)土壤響應(yīng)情況?？梢宰远x循環(huán)加載曲線，例如風(fēng)暴期間波浪荷載的記錄，應(yīng)用于測試樣本。
VDDCSS可以在兩個(gè)方向上施加直接簡單剪切，允許在任何水平方向上執(zhí)行單剪測試，近似于海上結(jié)構(gòu)由于風(fēng)和波浪載荷的組合而經(jīng)歷的復(fù)雜加載模式。
MDDCSS在VDDCSS的基礎(chǔ)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(nèi)。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(jìn)行反壓飽和，在單剪試驗(yàn)期間直接記錄超孔隙水壓力。
目前世界上許多研究機(jī)構(gòu)也在使用該系統(tǒng)：
GDS動(dòng)單剪甚至得到了挪威工程巖土研究所（NGI是DSS的原型設(shè)計(jì)單位）的贊譽(yù)，購買后與空心圓柱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。
Fugro公司在過去十年中，一直非常積極地進(jìn)行初步和詳細(xì)的土壤調(diào)查，用于北海和波羅的海的海上風(fēng)力發(fā)展，最近在美國海域，進(jìn)行了大量的初步和詳細(xì)的巖土工程調(diào)查以及超過25個(gè)詳細(xì)的根據(jù)德國BSH法規(guī)進(jìn)行調(diào)查。在海上石油和天然氣行業(yè)，F(xiàn)ugro擁有悠久的土壤調(diào)查測試歷史，該集團(tuán)的專業(yè)知識(shí)在世界上幾乎每個(gè)大陸的海域使用。Fugro公司一共購買了10套用于相關(guān)研究下圖是Fugro實(shí)驗(yàn)室副主任Roger Brown向客人介紹他們的動(dòng)單剪設(shè)備。
來源：歐美大地儀器設(shè)備中國有限公司 ?文：陳棟
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