- 文献综述（或调研报告）：
本文献综述分为两大部分，一部分是对砂土的荷载力学响应的有关实验研究的概述，另一部分则为有关海洋风电基础的相关文献综述。
砂性土【sandy soil】指的是含砂土粒较多且具有一定粘性的土。它具有强度高，毛细作用小的特点。它是由暴露于地表的各类岩石经物理风化破碎、再经机械搬运、磨蚀、分选、堆积而成。砂土是一种重要的建筑材料，因此国内外学者对砂土的荷载力学响应做过一定量的实验研究。
早在2006年以前，许成顺[1]曾对复杂应力条件下饱和砂土剪切特性进行了研究。他以饱和松砂为实验材料,通过大量的各种复杂应力条件下的土工试验,对单调、循环剪切条件下饱和松砂的变形与强度特性进行了比较全面而系统的探讨。他的研究结果表明,饱和松砂在不排水条件下的有效应力路径及应力—应变关系等剪切特性似乎不依赖于初始中主应力系数,而初始大主应力方向与相对密度对饱和松砂的不排水剪切特性具有显著的影响。在不排水条件下,大主应力方向与轴向之间的夹角alpha;越大,相对密度越小,应力—应变关系显示出更明显的剪缩特性。同年，张宏博[2]也发表了一篇关于长期往复荷载作用下无粘性材料累积变形的文章。 他在试验室内运用GDS土体多功能三轴试验机，对上海粉细砂进行了一系列的常规三轴压缩试验，针对其在不同试验条件下的变形规律进行了系统分析。试验表明，无论排水还是不排水试验条件，砂土都表现出两类显著的变形特征，一是应力-剪胀性特征，二是剪切应变硬化／软化特征，这两类特征均与试样的初始密实度及有效围压密切相关。同时，对比等向与非等向固结时的三轴剪切试验结果，可知后者的峰值强度及剪胀性特征均高于前者，表明初始应力各向异性对砂土应力-应变关系有较为显著的影响。
此后，冷艺[3]以饱和的福建标准砂作为研究对象，利用设备的轴向荷载、扭矩和内、外室压力可独立控制功能,设计了大量复杂应力条件的试验,进而对单调、循环剪切荷载作用下砂土的变形与强度特性进行了更为全面的系统分析。冷艺的研究表明,主应力方向对剪切特性的影响显著,在排水试验中,不同主应力方向角对应的应力—应变关系的变化规律,取决于水平面与竖直面上受到的剪应力作用,相变及峰值偏应力比与主应力方向角之间存在抛物线型关系;而不排水试验的峰值有效偏应力比随着主应力方向角的增大而减小。同年，施明雄[4]对多向振动下砂土动力特性进行了试验研究，实验结果表明,循环振动下砂土与粉土Gmax均产生明显的附加衰减,不同相对密度对砂土Gmax甜变化规律的影响较小,而对粉土的影响较大。应变与Gmax甜的附加衰减有着直接联系。而多向振动对砂土Gmax甜的变化规律没有明显影响。为进一步考察造成单、双向振动动力特性差异的原因,施明雄对饱和标准砂土进行了不排水循环球应力三轴试验。结果表明,在循环振次小于3000次情况下,应力对砂土动力特性没有影响,只有在循环振次超过数万次以上,残余孔压才出现明显的累积。在此基础上得出推论:单、双向振动的差异应该源于循环球应力与循环偏应力的交叉影响。
之后，计国贤[5]对正常固结砂性土在循环剪切作用下变形特性的颗粒流模拟，主要内容如下:1.研究了砂土的K0固结过程,考察了加载速率、加载方式、摩擦特性和侧限刚度对K0值的影响,并对Jaky公式的适用性进行了探讨。结果表明:（a）加载速率和加载方式对K0值影响不大,表明K0值是土体的一个固有特征,不随外部条件的变化而变化。（b）土颗粒之间的摩擦系数越大,侧限刚度越大,土体的K0值越小。（c）Jaky公式运用于PFC2D模拟中,需要对其修正。在本文中采用的修正系数值为0.72。2.在模拟循环荷载下的砂土的剪切变形时,主要考察了循环剪应力比、固结方式、应力水平对砂土变形特性的影响,研究表明:（a）循环剪应力比越大,砂土越易出现残余剪应变,应力应变关系呈非线性,剪胀也越明显,在循环过程中,体变有突变发生。（b） K0固结条件下的试样由于初始预剪应力的作用,在第一次加载时,剪应变发展迅速。在循环中,剪应变沿着预剪应力的方向单向累积的。与等压固结相比,易出现剪胀现象。（c）砂土的应力水平越大,导致颗粒的压缩程度越高,试样表现出一定的脆性,在循环剪应力条件下,体变出现了突变。
在2015年，王娜[6]发表了一篇关于海岸砂土液化的文章，她以砂土的粒径和级配为实验参量，对青岛市主要6个自然海岸(第一海水浴场、第二海水浴场、石老人海水浴场、金沙滩海水浴场、仰口海水浴场和流清河海水浴场)的砂土进行野外调查及室内粒径分析。试验结果表明：粒径与级配对海岸砂土的抗液化性能确实有一定的影响,对于不同粒径的砂土来说,砂土颗粒越细,动应变和孔隙水压力发展越快,砂土抗液化性能越差,反之,砂土颗粒越粗,动应变和孔隙水压力发展越慢,砂土抗液化性能越好；从砂土颗粒的级配来看,粗颗粒含量较多的砂土(平均粒径较大)抗液化性能较好,而粗颗粒含量较少的砂土(平均粒径较小)抗液化性能较差；波浪荷载的周期越长,砂土发生液化的可能性越小。
而至此为止，在复杂静动力加载条件下各向异性砂土的研究方面还没有学者做出相关的研究。在2018年，潘坤[7]开展了有关的研究工作：在三轴压缩和三轴拉伸条件下，土体组构各向异性在单调加载过程中逐渐演化,试样在加载初期呈各向异性弹性,刚度衰减规律与加载模式和静剪条件均有关;不同初始静剪条件下,砂土抗剪强度存在明显差异,通过提出修正状态指数可获得非稳定态应力比的一致化表达。在饱和砂土的循环剪切特性动三轴试验研究中,探明不同静偏应力条件下松砂和密砂的变形特性以及动强度、动孔压演化规律。发现饱和砂土有三种典型的循环响应模式:流动液化、残余变形累积和循环活动性,且可能伴随有与单调加载时非稳态响应相关联的流动变形。
以上便是国内学者对于砂土的荷载应力响应这部分的相关研究，而在关于海洋风电基础这部分的有关文献综述详见下文。
近年来，随着国家新能源战略的提出，海上风电技术发展迅猛，得到世界各国的重视而投入大量人力和物力展开研究，而关于浮式基础结构存在的技术问题十分复杂。早在2012年以前，陶海成[8]便关于国内外海上风电浮式基础的研究进展进行了概述，并对波浪载荷、流载荷、风载荷及空气动力载荷计算的理论进行了介绍。实验中陶海成参考美国可再生能源实验室提供的5MW水平轴风机的基本资料，根据DNV规范，采用载荷与抗力分项系数设计法对半潜式风电浮式基础立柱板厚和骨材截面模数进行了设计。SESAM是专业的海洋结构物强度和水动力分析软件，适合用于设计和分析各种海洋结构物。利用SASAM/GeniE模块，根据工程实际情况妥善地模拟了立柱、压水板、塔架、机舱和叶片，建立了风电浮式基础整体有限元模型。计算了风机运转过程中不同风速下叶片上的变桨空气动力载荷。针对120m水深的海域，在SESAM/HydroD模块中，采用复合水动力模型，计算浮式风电系统波浪载荷以及运动响应的传递函数和响应谱。考虑浮式基础所承受的所有载荷，分析浮式基础整体结构强度，并根据规范进行校核，同时在SESAM/Stofat模块中采用谱分析方法对浮式基础高应力区域进行了疲劳分析，结果显示浮式基础整体结构强度与疲劳强度均满足要求。
在之后的两年，刘新生[9]对海上风电单立柱三桩基础结构优化设计及参数敏感性分析进行了有关的实验研究。他主要基于特定海域、给定装机容量3.0MW和风机轮毂高度,开展单立柱三桩结构桩土相互作用分析、结构截面优化及参数敏感性分析三方面的研究。刘新生的主要完成的研究内容包括以下方面:(1)对比分析考虑桩土相互作用的P-Y曲线法和不考虑桩-土相互作用6D等效桩长法,利用有限元软件ANSYS分别建立6D等效模型(6D模型)和P-Y曲线模型(P-Y模型),并进行模态分析和静强度分析,对比分析结果表明两种模型计算结果差异很小,同时验证了在本特定海域6D等效桩长法与P-Y曲线法的一致性和可行性。(2)在静力分析的基础上,对单立柱三桩结构的桩中心距进行优化布置,确定出合理的桩中心距。以强度、刚度、稳定性为约束条件,以结构总的重量为目标,分别采用6D模型和P-Y模型对结构的主要构件截面尺寸进行优化,采用6D模型和P-Y模型优化后总用钢量分别减少22.9%和29.1%,相比而言,P-Y模型优化效果更好,但对个别构件的优化有较大差异,主要出现在塔筒、中间立柱和桩腿部位,6D模型中塔筒和中间立柱的直径和壁厚优化明显,P-Y模型中桩腿的优化比较明显。(3)为了考察影响单立柱三桩基础结构的关键参数,进行了单立柱三桩结构的参数敏感性分析,计算结果表明:风机荷载对单立柱三桩结构塔顶位移和结构最大等效应力最为敏感;塔顶位移的最大敏感性参数是立柱和塔筒底端外径;套筒最大应力的最大敏感性参数为构件自身的外径;桩腿最大应力的最大敏感参数是与其连接的套筒的外径;结构频率最大敏感参数是中间立柱外径和塔筒底端外径。
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