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據(jù)估計(jì)，未來(lái)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(zhǎng)較快的來(lái)源，均以2.5％的年均增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。水電和風(fēng)能是全球可再生能源發(fā)電增長(zhǎng)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(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的增強(qiáng)和在政策方面對(duì)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的扶持,風(fēng)力發(fā)電在近年在我國(guó)得到了迅猛發(fā)展。

據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)研究院估算中國(guó)陸地上離地10米高度的可開(kāi)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(chǎng)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(chǎng)的生存。資料顯示，歐洲已建成海上風(fēng)電場(chǎng)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(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)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(guò)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(chēng)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(wèn)題。

此外，碳?xì)浠衔锢^續(xù)在能源市場(chǎng)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(kāi)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(jiǎn)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(cè)量，以及靜態(tài)不排水強(qiáng)度，以便在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行評(píng)估。
 
   
GDS動(dòng)單剪系列產(chǎn)品（EMDCSS、VDDCSS和MDDCSS）正是一個(gè)方便用于海上復(fù)雜受力研究的工具。
適用于規(guī)范ASTM D-6528：通過(guò)直接簡(jiǎn)單剪切設(shè)備測(cè)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(jiǎn)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，實(shí)現(xiàn)橫截面面積不變。施加剪力荷載時(shí)，垂直位移可保持恒定，實(shí)現(xiàn)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(cè)試，可測(cè)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），以及準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)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(cè)試樣本。

VDDCSS可以在兩個(gè)方向上施加直接簡(jiǎn)單剪切，允許在水平方向上執(zhí)行單剪測(cè)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。




目前世界上許多研究機(jī)構(gòu)也在使用該系統(tǒng)：
 

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(dòng)單剪得到了挪威工程巖土研究所（NGI是DSS的原型設(shè)計(jì)單位）的認(rèn)可，購(gòu)買(mǎi)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(guò)去十年中，一直積極地進(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(guó)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25個(gè)詳細(xì)的根據(jù)德國(guó)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有悠久的土壤調(diào)查測(cè)試歷史，該集團(tuán)的專(zhuān)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(gòu)買(mǎi)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。


 







英國(guó)GDS離岸測(cè)試實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)兩維和三維動(dòng)態(tài)循環(huán)加載：