孙肖菲，马东，苏冠瑜，吴伙桂，陈帮

(明阳智慧能源集团股份公司，广东 中山 528400)

海上风机基础的制作和安装费用约占风电机组工程总成本的20%～30%[1]。目前，国内海上风电场的风电基础结构类型主要有重力式基础、单桩基础、导管架基础、负压桶式基础、浮置式基础等结构形式[2]。其中，大直径单桩具有结构型式简单，设计方法成熟以及施工维护较为方便等优点，是海上风电场近浅海水域开发过程中应用最多的基础型式[3]。由于风、波浪、海流等外部环境荷载作用，使风电结构承受相当大的水平力和弯矩荷载。整机的低阶固有频率应避开叶轮转动频率区间，以保证机组整体不会发生共振，满足安全使用的要求。为此，重点分析大直径桩的桩土相互作用以及桩内土芯、冲刷深度等因素对整机固有频率的影响。

1 桩土作用数值模型验证

1.1 有限元模型

验证阶段所选取的黏土模型是出自Matlock[4]在Sabine地区的试桩及土壤材料，荷载作用位置距泥面处0.3 m，钢管桩的入土深度为12.81 m。三轴试验中最大主应力差一半时的应变值ε50取值为0.02，量纲一的量经验参数J取值为0.5。黏土及桩基参数见表1。具体的黏土模型网格划分方式见图1。

表1 Matlock试验材料参数

图1 黏土有限元模型

砂土模型则取自Pedro[5]等人在水下中密砂和粉砂为主的土层中进行的一系列单桩试验，荷载作用的位置距泥面处2.1 m，钢筋混凝土桩的入土深度为14.5 m。现场试验土层分为2层，上层为水下中密砂，分布在距离泥面4 m范围的土层；……