GDS动单剪为您的海上风电设计保驾护航

发布时间：2018-12-07

据估计，未来30年世界能源消耗将增加56％。核电和可再生能源是世界能源增长最快的来源，均以2.5％的年均增长率增长。水电和风能是全球可再生能源发电增长的两个最大因素（IEA，2013）。

风能是一种洁净的可再生的一次能源。风力发电是一种建设周期短、建设规模灵活,不污染环境、具有良好的经济和社会效益的新能源项目。随着国家对环境保护的增强和在政策方面对风力发电项目的扶持,风力发电在近年在我国得到了迅猛发展。

据中国气象科学研究院估算中国陆地上离地10米高度的可开发利用风能储量为2.5亿千瓦，海上储量约为7.5亿千瓦海上风能资源储量远大于陆地风能储量。因此，发展海上风能技术是必然选择。

其中风电机基础设计是风电场设计中的重要组成部分,其造价与其安全性又关系着整个风电场的生存。资料显示，欧洲已建成海上风电场中，地基基础体系的资本比例占到百分之二十,风电机组由于基础结构因素而导致的破坏占到总破坏量值的百分之十八。因此设计出一个既安全又经济的风电机基础对整个风电场工程是具有重要意义的。

风力发电机塔架一般都大于60m,属高耸结构,其基础主要是用于支承风力发电机机组运行过程中所产生的各种荷载,保证风电机机组安全稳定的运行,并确保极端荷载工况下风电机机组不失稳。此外海上风机基础结构兼具高耸结构基础、海洋结构工程、动力设备基础以及复杂软土地基四种特性。风机基础需要承受360°方向重复荷载以及具有大偏心受力特性,风力发电机组基础同时承受竖向荷载、水平荷载、倾覆弯矩以及扭矩的共同作用,水平荷载,竖向荷载和力矩共同作用的加载方式称为复合加载模式,在此种复合加载模式下建筑物及其地基的整体稳定极限承载力是工程设计中的关键问题。

此外，碳氢化合物继续在能源市场中发挥重要作用，平台在更深的水域中建造，以便能够进入新的油气田。由于各种静态、循环和动态载荷，海上能源结构，包括风力涡轮机和石油和天然气平台，在结构、风、波浪和土壤之间经历复杂的相互作用。

GDS开发了一系列设备，可以复制应用于海上能源结构基础土壤的二维和三维静态和动态循环荷载。这些系统包括三轴和直接简单剪切系统，可以确定海上土壤的循环强度，以及固结特性，使用局部传感器的小应变刚度测量，以及静态不排水强度，以便在设计过程中进行评估。

GDS动单剪系列产品（EMDCSS、VDDCSS和MDCSS）正是一个方便用于海上复杂受力研究的优秀工具。
适用于规范ASTM D-6528：通过直接简单剪切设备测定土壤的静态剪切强度参数。该标准也可用作在海上土壤上进行循环简单剪切试验的指南，以确定用于设计的循环强度。

设备中圆柱形土样侧限被涂有特富龙涂层的低摩擦剪切环约束，确保横截面面积不变。施加剪力荷载时，垂直位移可保持恒定，确保常体积条件，也就是单剪。它们能够进行动态循环测试，可测试小应变（0.005％剪切应变幅度）到大应变（10％剪切应变幅度），以及精确的准静态测试；试样制备方便，可模拟海上能源结构基础（例如，桩基础）经受主应力旋转时土壤响应情况。可以自定义循环加载曲线，例如风暴期间波浪荷载的记录，应用于测试样本。

VDDCSS可以在两个方向上施加直接简单剪切，允许在任何水平方向上执行单剪测试，近似于海上结构由于风和波浪载荷的组合而经历的复杂加载模式。

MDDCSS在VDDCSS的基础上还允许对样品施加围压。样品架被包装在丙烯酸压力室内。围压的使用用也允许将反压施加到试样上。这样允许样品进行反压饱和，在单剪试验期间直接记录超孔隙水压力。

目前世界上许多研究机构也在使用该系统：

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动单剪甚至得到了挪威工程岩土研究所（NGI是DSS的原型设计单位）的赞誉，购买后与空心圆柱的实验结果进行了比较。

Fugro公司在过去十年中，一直非常积极地进行初步和详细的土壤调查，用于北海和波罗的海的海上风力发展，最近在美国海域，进行了大量的初步和详细的岩土工程调查以及超过25个详细的根据德国BSH法规进行调查。在海上石油和天然气行业，Fugro拥有悠久的土壤调查测试历史，该集团的专业知识在世界上几乎每个大陆的海域使用。Fugro公司一共购买了10套用于相关研究下图是Fugro实验室副主任Roger Brown向客人介绍他们的动单剪设备。

英国GDS离岸测试实验室设备，可实现两维和三维动态循环加载：

伺服电机控制的动态循环单剪试验系统EMDCSS

电机伺服动态循环简单剪切系统是一个高尖的设备设计用于商业和研究实验室的直接剪切实验，电机伺服作动器进行实验最大5Hz，与气动方式相比提供更高的精度。试样横向使用低摩擦保持环限制试样，确保横截面面积不变。

多向动态循环单剪系统VDDCSS

多向循环单剪试验系统 (VDDCSS), 基于EMDCSS设计，能在单剪试验中多向条件下测试土的残余变形。是通过在第一个作动器的90度方向处安放第二个剪切作动器来完成的。3D试验的初始设计是用于海上风电场的基础试验，该系统能和EMDCSS一样完成单剪试验，但是先进之处在于可以沿着更为复杂的荷载——水平应力方向旋转，VDDCSS-CP的原理和VDDCSS一样，但是在试样周围配备了额外的腔体，这样围压和反压可以分别施加。

激活高度控制来确保剪切时体积恒定，这时特制的荷重传感器消除剪切荷载时产生的牵引。

多维复合动态循环单剪实验系统MDDCSS

实验控制允许设定水平荷载、位移及方向的振幅。可以定义剪切方向和0度开始剪切旋转。6轴荷重传感器，保证所有荷载都处于高精度内部补偿测量状态。

每个轴可以进行荷载或位移控制。两个剪切方向的局部应变LVDT，高精度应变测量。利用气压控制器（GDSPPC）通过对压力室内的气/水转换装置进行控制，可以施加最高1Mpa的水压。高精度测量所有阶段的孔隙水压力。

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