海洋岩土工程讲座ppt课件.ppt

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1、资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 裙式吸力锚基础裙式吸力锚基础海洋岩土工程海洋岩土工程资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 提提 纲纲 海上风电开发的意义及必要性海上风电开发的意义及必要性海上风电缺陷海上风电缺陷 海上风电基础型式海上风电基础型式裙式吸力锚基础的沉贯及试验研究裙式吸力锚基础的沉贯及试验研究资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金

2、的时间价值一、开发海上风电的时代背景和意义 随着全球能源危机、环境污染和温室效应日益随着全球能源危机、环境污染和温室效应日益加重，越来越多的国家重视开发、利用可再生能加重，越来越多的国家重视开发、利用可再生能源和清洁能源。因此，在当前形势下，风能作为源和清洁能源。因此，在当前形势下，风能作为最清洁能源的一个选择，受到世界普遍重视，风最清洁能源的一个选择，受到世界普遍重视，风能工程立项和建设逐年攀升，攀升速度已超过了能工程立项和建设逐年攀升，攀升速度已超过了其它传统能源（如火电、水电等）。我国是一个其它传统能源（如火电、水电等）。我国是一个风能利用大国，风能利用大国，2008年已位居世界第四位，

3、但与年已位居世界第四位，但与其它电力来源相比，风能仍占较小比例。其它电力来源相比，风能仍占较小比例。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 由此看，我国的节能由此看，我国的节能减排任重道远，大力发减排任重道远，大力发展风能的空间仍很大。展风能的空间仍很大。我国计划我国计划2020年前，年前，20%20%的能源来自可再生能的能源来自可再生能源，其中风电将达到源，其中风电将达到100GW，中国将成为世，中国将成为世界可再生能源利用的巨界可再生能源利用的巨大市场。大市场。我国2008年电力装机分布资金是运动的价值，

4、资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 海上风能海上风能开发和利用比开发和利用比陆地陆地具有具有更多优势更多优势：资源比陆地丰富，风速高，风力持久；资源比陆地丰富，风速高，风力持久；很少有静风期，有效地利用风电机组的发电容量；很少有静风期，有效地利用风电机组的发电容量；不需要很高的塔架，可降低风电机组的成本；不需要很高的塔架，可降低风电机组的成本；零排放、无视觉、噪音等污染以及不占用陆地。零排放、无视觉、噪音等污染以及不占用陆地。目前，我国风能主要以陆地风能为主，全国各目前，我国风能主要以陆地风能为主，全国各省都有风电场分布。

5、并且我国是一个海上风力资源省都有风电场分布。并且我国是一个海上风力资源丰富的国家，尤其黄海和东海属于浅海风场资源，丰富的国家，尤其黄海和东海属于浅海风场资源，利于建设海上风场。利于建设海上风场。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值n我国海上风力发电虽起步较晚，但发展快。第一个我国海上风力发电虽起步较晚，但发展快。第一个海上海上1.5MW试验风机由中海油公司试验风机由中海油公司2007年安装在渤年安装在渤海东北部的辽宁湾（图海东北部的辽宁湾（图1）；第一个海上风场）；第一个海上风场上上海东海大桥风场由海东海大

6、桥风场由34台台3MW风电机组成，采用钢风电机组成，采用钢管桩基础（图管桩基础（图2），），2010年向上海世博会供电；年向上海世博会供电；n世界单体最大的海上风电场将在江苏东台开建，拟世界单体最大的海上风电场将在江苏东台开建，拟选用选用3.6MW的的84台风机组成；山东威海也将建投资台风机组成；山东威海也将建投资210亿元、年发电量亿元、年发电量25亿亿kWh的海上风电场；另外，的海上风电场；另外，我国在渤海、黄海、东海和海南省等海域也规划建我国在渤海、黄海、东海和海南省等海域也规划建立多处风力发电厂。这对立多处风力发电厂。这对解决解决我国我国能源危机能源危机问题和问题和CO2减排减排将起到

7、重大作用。将起到重大作用。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值Fig.1 中国第一海上风电中国第一海上风电资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值Fig.2 上海东海大桥风场上海东海大桥风场资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值海上风场海上风场资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分

8、资金就是原有资金的时间价值风电组成叶片资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值塔架资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值The worlds first full-scale floating wind turbine is on stream.Hywind is anchored 10 kilometres off Karmy,in southwesternNorway.FACTSTurbine size:2.3 MWTur

9、bine weight:138 tonsTurbine height:65 mRotor diameter:82.4 mDraft hull:100 mDisplacement:5300 m3Diameter at water line:6mDiameter submerged body:8.3 mWater depths:120-700 mMooring:3 lines资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 从工程角度看，从工程角度看，主要表现主要表现在：在：基础费用高，占到总造价的基础费用高，占到总造价的

10、20%左右；左右；电网接入集成成本高；电网接入集成成本高；安装成本高，安装过程受天气环境的制约；安装成本高，安装过程受天气环境的制约；运行、维护实施困难，导致机组可利用率下降，运行、维护实施困难，导致机组可利用率下降，影响发电量。影响发电量。要弥补这些不足，海上风电重要的发展方向是，要弥补这些不足，海上风电重要的发展方向是，开发利用超大功率的风电机组，目前国外应用的开发利用超大功率的风电机组，目前国外应用的最大功率机组为最大功率机组为5MW，世界发达国家也正在，世界发达国家也正在二、海上风电缺点二、海上风电缺点资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，

11、其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 研发研发10MW20MW的发电机组，叶轮直径将达的发电机组，叶轮直径将达到到250m左右，预计左右，预计2020年实现。当前年实现。当前我国我国海上最海上最大风电机组为大风电机组为3MW，在工程实践和理论研究技术，在工程实践和理论研究技术支持等方面都落后于世界发达国家，急需大规模支持等方面都落后于世界发达国家，急需大规模投入研发超大功率风电机组及开展相关配套工程投入研发超大功率风电机组及开展相关配套工程的科研工作。的科研工作。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值三、

12、基础型式三、基础型式Fig.4 基础型式基础型式资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 重力式基础重力式基础（图图4(a)4(a)）一般用于）一般用于10m10m水深以内，采用岸上预制钢筋水深以内，采用岸上预制钢筋混凝土制作，漂浮海上用拖船拉到指定位置，填充砂、石沉落到海床混凝土制作，漂浮海上用拖船拉到指定位置，填充砂、石沉落到海床上的施工方法。上的施工方法。单桩基础单桩基础（图图4(b)4(b)）采用了直径）采用了直径2.12.13.5m3.5m的大直径钻的大直径钻孔灌注桩和大直径孔灌注桩和大直径4.04.

13、05.1m5.1m的打入式钢桩，有的长度达到了的打入式钢桩，有的长度达到了45m45m。海。海上重力式基础和桩基施工，需要大型的施工设备和驳船，并且施工过上重力式基础和桩基施工，需要大型的施工设备和驳船，并且施工过程中受风浪影响较大，整体基础施工造价不菲，并且此类基础一般不程中受风浪影响较大，整体基础施工造价不菲，并且此类基础一般不能重复利用和移动。为了降低桩径和桩长，又发展了能重复利用和移动。为了降低桩径和桩长，又发展了群桩基础，一般群桩基础，一般采用采用3 3根或根或4 4根基桩根基桩（图图4(d)4(d)）。为了克服重力式基础和桩式基础施工）。为了克服重力式基础和桩式基础施工复杂，不能重

14、复利用和移动的缺陷，扩展了传统吸力锚基础的应用范复杂，不能重复利用和移动的缺陷，扩展了传统吸力锚基础的应用范围，提出了类似单桩或群桩的围，提出了类似单桩或群桩的单筒或多筒式吸力锚基础单筒或多筒式吸力锚基础（图图4(c)4(c)、(e)(e)），应用于海上风力发电工程中。），应用于海上风力发电工程中。作为海上风电工程的基础部位是整个工程的重作为海上风电工程的基础部位是整个工程的重要组成部分，目前普遍采用的基础形式为：要组成部分，目前普遍采用的基础形式为：重力式重力式基础、桩基础和吸力锚基础基础、桩基础和吸力锚基础。资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值

15、，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值u荷载特性荷载特性 风载、波浪、潮流、冰和地震等动力循环作风载、波浪、潮流、冰和地震等动力循环作用。用。水平动力循环荷载和弯矩为主。水平动力循环荷载和弯矩为主。u吸力基础的沉贯控制吸力基础的沉贯控制u地基土循环荷载作用下承载性能地基土循环荷载作用下承载性能 实验室土性测试：考虑风载、波浪、潮流、实验室土性测试：考虑风载、波浪、潮流、冰和地震等动力循环作用。冰和地震等动力循环作用。动力循环三轴试验仪器动力循环三轴试验仪器资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值裙式吸力基础

16、的研发裙式吸力基础的研发传统吸力锚基础传统吸力锚基础资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 (a)用于锚固 (b)用于塔架 传统传统吸力吸力锚锚基基础础资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值裙式吸力锚基础裙式吸力锚基础 实用新型专利实用新型专利（ZL2009202399.8）资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值四、裙式吸力锚基础的沉贯研究

17、（沉贯机理沉贯机理）裙式吸力锚基础沉贯过程可分为裙式吸力锚基础沉贯过程可分为两个阶段两个阶段（自重、（自重、吸力作用下沉贯）吸力作用下沉贯）自重作用下沉贯自重作用下沉贯沉贯示意图沉贯示意图资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值自重作用下沉贯计算自重作用下沉贯计算主桶内土体受力分析主桶内土体受力分析 竖向力系平衡条件竖向力系平衡条件取吸力基础内部取吸力基础内部土体为隔离体土体为隔离体(如右图如右图)资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金

18、的时间价值自重作用下沉贯计算自重作用下沉贯计算等式右侧第一项为吸力基础主桶外壁侧向阻力；等式右侧第一项为吸力基础主桶外壁侧向阻力；第二项为主桶内壁侧向阻力；第二项为主桶内壁侧向阻力；第三项为主桶端部阻力。第三项为主桶端部阻力。自重作用下，竖直方向力的平衡公式自重作用下，竖直方向力的平衡公式 资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值沉贯机理沉贯机理吸力作用下沉贯吸力作用下沉贯情况情况下的沉贯下的沉贯 吸力沉贯阻力不仅要考虑重力影响，还要考虑吸力沉贯阻力不仅要考虑重力影响，还要考虑到吸力作用，并且此阶段分为两个部分

19、到吸力作用，并且此阶段分为两个部分：沉贯深度在沉贯深度在z z h h1+1+h h2 2 范围内范围内 资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值吸力作用下沉贯计算吸力作用下沉贯计算等号左边是吸力和有效自重之和，等号左边是吸力和有效自重之和，右边是基础的侧摩阻力和端阻力之和；右边是基础的侧摩阻力和端阻力之和；S S为吸力为吸力(kPa)(kPa)；a a为与基础端部超孔隙水压力有关的系数为与基础端部超孔隙水压力有关的系数 资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值

20、的这部分资金就是原有资金的时间价值吸力作用下沉贯计算吸力作用下沉贯计算 沉贯深度在沉贯深度在h1+h2 z h1+h2+h3范围内范围内 情况情况下的沉贯下的沉贯 此阶段是发生在裙此阶段是发生在裙范围内的沉贯，因此裙范围内的沉贯，因此裙式吸力基础的阻力要在式吸力基础的阻力要在上述上述沉贯的基础上附沉贯的基础上附加裙内外壁的摩阻力和加裙内外壁的摩阻力和端阻力。端阻力。为 资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值吸力作用下沉贯计算吸力作用下沉贯计算式中：式中：资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间

21、的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值沉贯模型试验沉贯模型试验资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值(a)智能真空泵 (b)储水桶资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值(c)数据采集系统 (d)量测设备固定支架资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值沉贯试验过程(a)自重下的沉贯 (b)主桶范围的负压沉贯资金是运

22、动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值(c)裙开始接触基础 (d)裙范围的负压沉贯资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值形成的土塞形成的土塞资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值沉贯吸力和沉贯深度的关系曲线资金是运动的价值，资金的价值是随时间变化而变化的，是时间的函数，随时间的推移而增值，其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值谢谢大家！谢谢大家！