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據(jù)估計，未來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較快的來源，均以2.5％的年均增長率增長。水電和風能是全球可再生能源發(fā)電增長的兩個最大因素（IEA，2013）。

風能是一種潔凈的可再生的一次能源。風力發(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)濟和社會效益的新能源項目。隨著國家對環(huán)境保護的增強和在政策方面對風力發(fā)電項目的扶持,風力發(fā)電在近年在我國得到了迅猛發(fā)展。

據(jù)中國氣象科學研究院估算中國陸地上離地10米高度的可開發(fā)利用風能儲量為2.5億千瓦，海上儲量約為7.5億千瓦海上風能資源儲量遠大于陸地風能儲量。因此，發(fā)展海上風能技術(shù)是必然選擇。


其中風電機基礎(chǔ)設(shè)計是風電場設(shè)計中的重要組成部分,其造價與其安全性又關(guān)系著整個風電場的生存。資料顯示，歐洲已建成海上風電場中，地基基礎(chǔ)體系的資本比例占到百分之二十,風電機組由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)因素而導致的破壞占到總破壞量值的百分之十八。因此設(shè)計出一個既安全又經(jīng)濟的風電機基礎(chǔ)對整個風電場工程是具有重要意義的。
 
風力發(fā)電機塔架一般都大于60m,屬高聳結(jié)構(gòu),其基礎(chǔ)主要是用于支承風力發(fā)電機機組運行過程中所產(chǎn)生的各種荷載,保證風電機機組安全穩(wěn)定的運行,并確保極端荷載工況下風電機機組不失穩(wěn)。此外海上風機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)兼具高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、海洋結(jié)構(gòu)工程、動力設(shè)備基礎(chǔ)以及復雜軟土地基四種特性。 風機基礎(chǔ)需要承受360°方向重復荷載以及具有大偏心受力特性,風力發(fā)電機組基礎(chǔ)同時承受豎向荷載、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為復合加載模式,在此種復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)計中的關(guān)鍵問題。

此外，碳氫化合物繼續(xù)在能源市場中發(fā)揮重要作用，平臺在更深的水域中建造，以便能夠進入新的油氣田。由于各種靜態(tài)、循環(huán)和動態(tài)載荷，海上能源結(jié)構(gòu)，包括風力渦輪機和石油和天然氣平臺，在結(jié)構(gòu)、風、波浪和土壤之間經(jīng)歷復雜的相互作用。

 
GDS開發(fā)了一系列設(shè)備，可以復制應用于海上能源結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)土壤的二維和三維靜態(tài)和動態(tài)循環(huán)荷載。這些系統(tǒng)包括三軸和直接簡單剪切系統(tǒng)，可以確定海上土壤的循環(huán)強度，以及固結(jié)特性，使用局部傳感器的小應變剛度測量，以及靜態(tài)不排水強度，以便在設(shè)計過程中進行評估。
 
   
GDS動單剪系列產(chǎn)品（EMDCSS、VDDCSS和MDDCSS）正是一個方便用于海上復雜受力研究的工具。
適用于規(guī)范ASTM D-6528：通過直接簡單剪切設(shè)備測定土壤的靜態(tài)剪切強度參數(shù)。 該標準也可用作在海上土壤上進行循環(huán)簡單剪切試驗的指南，以確定用于設(shè)計的循環(huán)強度。
       

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，實現(xiàn)橫截面面積不變。施加剪力荷載時，垂直位移可保持恒定，實現(xiàn)常體積條件，也就是單剪。它們能夠進行動態(tài)循環(huán)測試，可測試小應變（0.005％剪切應變幅度）到大應變（10％剪切應變幅度），以及準靜態(tài)測試；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)受主應力旋轉(zhuǎn)時土壤響應情況?？梢宰远x循環(huán)加載曲線，例如風暴期間波浪荷載的記錄，應用于測試樣本。

VDDCSS可以在兩個方向上施加直接簡單剪切，允許在水平方向上執(zhí)行單剪測試，近似于海上結(jié)構(gòu)由于風和波浪載荷的組合而經(jīng)歷的復雜加載模式。




目前世界上許多研究機構(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動單剪得到了挪威工程巖土研究所（NGI是DSS的原型設(shè)計單位）的認可，購買后與空心圓柱的實驗結(jié)果進行了比較。



Fugro公司在過去十年中，一直積極地進行初步和詳細的土壤調(diào)查，用于北海和波羅的海的海上風力發(fā)展，最近在美國海域，進行了大量的初步和詳細的巖土工程調(diào)查以及25個詳細的根據(jù)德國BSH法規(guī)進行調(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)查測試歷史，該集團的專業(yè)知識在世界上幾乎每個大陸的海域使用。Fugro公司一共購買了10套用于相關(guān)研究下圖是Fugro實驗室副主任Roger Brown向客人介紹他們的動單剪設(shè)備。


 







英國GDS離岸測試實驗室設(shè)備，可實現(xiàn)兩維和三維動態(tài)循環(huán)加載：