摘 要：將基于核極限學(xué)習(xí)機(jī)的響應(yīng)面法應(yīng)用于筒型基礎(chǔ)的入土沉放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以海域1（安裝成功）和海域2（安裝失敗）某風(fēng)電場6.45 MW筒型基礎(chǔ)為研究對(duì)象，采用蒙特卡洛抽樣法隨機(jī)生成地勘靜力觸探（CPT）中的錐尖阻力（[qc]），并用基于CPT推薦值、最大值的方法預(yù)測沉放需要壓差，以水泵和水壓可提供的最大壓差為風(fēng)險(xiǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)，得到兩個(gè)機(jī)位入土沉放失效概率，評(píng)估兩個(gè)機(jī)位的入土沉放風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明：土體的空間變異性越大，筒型基礎(chǔ)入土沉放風(fēng)險(xiǎn)越大。當(dāng)土體變異系數(shù)CV≤0.3，使用CPT推薦值計(jì)算各深度的失效概率均小于[10-4]時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)較低，可用于指導(dǎo)施工。

關(guān)鍵詞： 海上風(fēng)電；筒型基礎(chǔ)；沉放阻力；風(fēng)險(xiǎn)分析

中圖分類號(hào)： TU47 """"""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)是海上風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其成本約占整個(gè)風(fēng)電場總投資的三分之一，直接影響著海上風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)的安全性和建設(shè)成本。在各種海上風(fēng)電基礎(chǔ)形式中：筒型基礎(chǔ)因?yàn)槠涫┕し奖?、可回收重?fù)利用以及較低的成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性［1］得到了越來越多的重視，并廣泛應(yīng)用于中國沿海軟弱地基［2］。

筒型基礎(chǔ)的施工過程主要分為4個(gè)階段：岸上建造、拖航運(yùn)輸、水中沉放、入土沉放，其中入土沉放階段至關(guān)重要，它決定了筒型基礎(chǔ)能否安裝到位及承載力是否滿足要求［3］。入土沉放階段包含自重沉放和負(fù)壓沉放兩個(gè)過程［4］，在沉放過程中存在諸多風(fēng)險(xiǎn)，失敗的原因主要包括以下3點(diǎn)：1）吸力沉放階段艙內(nèi)壓力無法保持，主要由于自重入土深度較淺，砂土中由于施加吸力過大導(dǎo)致土體發(fā)生滲透破壞［5］，黏土中由于施加吸力過大導(dǎo)致土體發(fā)生土塞破壞［6］；2）吸力沉放階段筒體結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲［7-8］，筒型基礎(chǔ)本質(zhì)上仍為薄壁大直徑鋼圓筒結(jié)構(gòu)，為克服安裝過程中的沉放阻力，基礎(chǔ)往往會(huì)承擔(dān)較大壓差，外筒壁及其內(nèi)部分艙板存在屈曲失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致基礎(chǔ)無法進(jìn)一步安裝；3）土體的空間變異性，筒型基礎(chǔ)直徑大多在25～40 m［9］，覆蓋土體面積為490～1256 m2，施工前無法做到沿著筒壁周圍土體完全勘測，一般只選取1～2個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行勘測，而土體參數(shù)空間變異性大，僅用1～2個(gè)點(diǎn)位的土參數(shù)導(dǎo)致施工現(xiàn)場土體參數(shù)情況不能完全與設(shè)計(jì)的土體調(diào)查資料相符，鉆孔數(shù)量及地勘數(shù)據(jù)的限制使得施工前不能對(duì)沉放阻力做到很好的預(yù)判，沉放過程中能提供給筒型基礎(chǔ)的貫入力小于土體阻力導(dǎo)致筒型基礎(chǔ)沉放失?。?］。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)吸力沉放過程中艙壓無法保持及屈曲問題做了大量研究，并給出防止筒型基礎(chǔ)發(fā)生艙壓失效、屈曲的計(jì)算方法及措施。針對(duì)筒型基礎(chǔ)艙壓無法保持的問題，DNV［10］和API［11］規(guī)范給出黏土中臨界吸力的預(yù)測方法，F(xiàn)eld［12］、Houlsby amp; Byrne［13］ 、Andersen［14］等學(xué)者給出了砂土中臨界吸力的判別公式；針對(duì)筒型基礎(chǔ)屈曲問題，可通過規(guī)范［15］或有限元的方法［16］對(duì)屈曲風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判，并通過增加壁厚或?qū)Y(jié)構(gòu)布置加勁肋優(yōu)化結(jié)構(gòu)來防止發(fā)生屈曲［17］；而針對(duì)土體空間變異性的問題，學(xué)者引入合理的方法來描述這種土體的空間變異性，比如隨機(jī)場理論［18］等，但將土參數(shù)變異性引入筒型基礎(chǔ)入土沉放過程的研究較少。

綜上，為確保筒型基礎(chǔ)的施工安全，有必要考慮土體的空間變異性，對(duì)筒型基礎(chǔ)入土沉放階段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。本研究以海域1和海域2某風(fēng)電場筒型基礎(chǔ)為研究對(duì)象，考慮土體的空間變異性，采用蒙特卡洛抽樣法隨機(jī)生成多個(gè)點(diǎn)位土體的靜力觸探[qc]隨深度的分布，預(yù)測由于土體空間變異性導(dǎo)致的筒型基礎(chǔ)沉放阻力差異性，以水壓和水泵提供的可用壓差為控制標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用基于核極限學(xué)習(xí)機(jī)的響應(yīng)面法，產(chǎn)生失效概率，通過有效的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法來評(píng)估海上風(fēng)電筒型基礎(chǔ)的入土沉放風(fēng)險(xiǎn)。

1 入土沉放需要壓差和可用壓差計(jì)算方法

1.1 筒型基礎(chǔ)沉放阻力計(jì)算方法

自筒型基礎(chǔ)應(yīng)用以來，沉放阻力的準(zhǔn)確預(yù)測和吸力合理的施加就一直是筒型基礎(chǔ)研究的核心問題［9］。安全沉放到位是基礎(chǔ)充分發(fā)揮其承載能力的前提，也是保證整個(gè)結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。目前沉放阻力的計(jì)算方法主要針對(duì)砂土和黏土［9， 19］，依據(jù)土質(zhì)參數(shù)可將其分為3種：基于不排水抗剪強(qiáng)度[su]的計(jì)算方法、基于強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算方法、基于靜力觸探（cone penetration test，CPT）的計(jì)算方法，如表1～表3。

以上3種計(jì)算方法中，基于CPT的計(jì)算方法由于采用現(xiàn)場原位勘測數(shù)據(jù)，且土層沿深度測試數(shù)據(jù)較多，土層剖面明確，被廣泛應(yīng)用于筒型基礎(chǔ)的安裝設(shè)計(jì)中，并被納入DNV規(guī)范，該方法相對(duì)成熟，故本研究采用基于CPT的方法計(jì)算筒型基礎(chǔ)的沉放阻力。

CPT的方法是基于筒壁摩阻力、筒端阻力與靜力觸探錐貫入試驗(yàn)中實(shí)測的錐尖阻力[qc]的相關(guān)性進(jìn)行計(jì)算?！禗NVGL-RP-C212》［23］提供了土的[kp]和[kf]系數(shù)，可計(jì)算出不同土體條件下筒基貫入阻力的推薦值和最大值：

[Rb=Ao+Ai0hkf（z）qczdz+Atipkp（h）qch] （1）

式中：[qc（z）]——靜力觸探端阻力，kPa；[kp（h）]、[kf（z）]——端阻力經(jīng)驗(yàn)系數(shù)、側(cè)摩阻力經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可按表4取值。

1.2 隨機(jī)變量qc序列抽樣方法

在巖土工程設(shè)計(jì)規(guī)范中，土體是一種在一定范圍內(nèi)的均值體。但是在實(shí)際情況中，土體由于礦物構(gòu)成、沉積條件、應(yīng)力歷史、風(fēng)化以及其他地質(zhì)作用的差異，土體的參數(shù)是隨空間坐標(biāo)變化的函數(shù)，不同位置土體的性質(zhì)雖有差別，但又有一定的相關(guān)性［18］，這就是土的空間變異性。為了在沉放風(fēng)險(xiǎn)分析中引進(jìn)空間變異性，本研究采用蒙特卡洛抽樣法對(duì)沉放阻力計(jì)算中的關(guān)鍵土體性質(zhì)參數(shù)[qc]進(jìn)行隨機(jī)抽樣。蒙特卡洛法，也稱為統(tǒng)計(jì)模擬方法，是通過從概率模型的隨機(jī)抽樣進(jìn)行近似數(shù)值計(jì)算的方法［25］。具體步驟如下：

1）依據(jù)地層信息和實(shí)測[qc]數(shù)據(jù)，對(duì)靜力觸探點(diǎn)位不同深度處的qc進(jìn)行分段線性擬合。

2）選取每段擬合曲線的均值[qc]作為沉放阻力[qc]的代表值。

3）使用蒙特卡洛抽樣法對(duì)某一深度的[qc]代表值隨機(jī)生成200組[qc]數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布，建立[qc]隨點(diǎn)位變化的隨機(jī)場。[qc]的概率密度函數(shù)表達(dá)式為：

[f（qc）=1σ2πexp-（qc-μ）22σ2] （2）

式中：[μ]——[qc]的均值，大小為某一深度的[qc]代表值；[σ]——[qc]的標(biāo)準(zhǔn)差，[σ=CV·μ]，[CV]為變異系數(shù)，表示土體空間變異性大小，其取值越大，土體越不均勻，[CV]取值一般為0.1～0.3。

1.3 需要壓差和可用壓差計(jì)算

筒型基礎(chǔ)入土沉放剛開始由筒型基礎(chǔ)豎向荷載提供貫入力，隨著貫入深度增加，沉放阻力增大，需由水泵提供更大的貫入力，需水泵提供的壓差[s]一般可由式（3）計(jì)算：

[s=0，V'≥Rb（Rb-V'）/A，V'lt;Rb] （3）

式中：[s]——筒型基礎(chǔ)入土沉放需要壓差，kPa；[Rb]——筒型基礎(chǔ)沉放阻力，N；[V']——有效豎向荷載（考慮基礎(chǔ)入水及浮力），N；[A]——筒內(nèi)頂蓋面積，m2。

以水泵的抽吸能力作為筒型基礎(chǔ)沉放的控制條件之一。經(jīng)市場調(diào)研，在40 m水深以內(nèi)，水泵可提供除水壓之外最大約為50 kPa的吸力，頂蓋入水之后，水壓和水泵可提供的可用壓差由式（4）計(jì)算：

[s'=ρgh+50] （4）

式中：[s']——水泵和水壓提供的可用壓差，kPa；[ρ]——海水的密度，kg/m3；[g]——重力加速度，m/s2；[h]——筒型頂蓋距離水面距離，m。

2 入土沉放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

2.1 核極限學(xué)習(xí)機(jī)改進(jìn)的響應(yīng)面法

本研究采用基于核極限學(xué)習(xí)機(jī)響應(yīng)面的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，該方法采用非線性映射能力強(qiáng)的核極限學(xué)習(xí)機(jī)作為響應(yīng)面模型，可利用較少的樣本數(shù)據(jù)準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)函數(shù)，簡化模型計(jì)算過程，提高海上風(fēng)電筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估效率和精度［26］。

響應(yīng)面法的原理是依據(jù)樣本點(diǎn)和結(jié)構(gòu)功能函數(shù)值擬合出與極限狀態(tài)曲面極為接近的響應(yīng)曲面，能有效解決功能函數(shù)未知時(shí)結(jié)構(gòu)的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問題［27］。但是該方法對(duì)真實(shí)功能函數(shù)的模擬效果受樣本點(diǎn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面模型的影響，用于小樣本、多維變量及高度非線性擬合的失效概率求解存在精度低、收斂困難的問題。

因此為了有效彌補(bǔ)響應(yīng)面法的不足，在響應(yīng)面法中引入了非線性映射能力強(qiáng)的核極限學(xué)習(xí)機(jī)（kermelized extreme learning machine，KELM）算法。KELM是基于極限學(xué)習(xí)機(jī)（extreme learning machine，ELM）并結(jié)合核函數(shù)所提出的改進(jìn)算法［28］，以核映射的方式取代隨機(jī)映射，將低維并且繁雜的空間問題轉(zhuǎn)變成高維空間中的求內(nèi)積運(yùn)算的問題，與ELM相比，其泛化能力更強(qiáng)。

當(dāng)[L]組的樣本為[{（xj，tj）}Nj=1]、ELM隱藏單元數(shù)量為M、激勵(lì)函數(shù)為[g（·）]時(shí)，有：

[Hβ=T] （5）

[H=g（w1x1+b1）g（wMx1+bM）g（w1xN+b1）g（wMxN+bM）N×M] （6）

式中：[H]——隱藏層向量矩陣；[β]——權(quán)值向量矩陣。

ELM學(xué)習(xí)過程實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于采用最小二乘法計(jì)算最優(yōu)參數(shù)解，同時(shí)為了提升模型的泛化能力，加入正則參數(shù)[C]，求解出最小二乘參數(shù)解，即：

[β*=H+T=HT（I/C+HHT）-1T] （7）

式中：[H+]——[H]的廣義陣。

核矩陣表示為：

[Ω=HHTΩ（i，j）=h（xi）?h（xj）=K（xi，xj）] （8）

式中： [K（·）]——核函數(shù)，本次選擇的核函數(shù)為高斯函數(shù)。

[K（xi，xj）=exp-∥xi-xj∥2g2] （9）

式中：[g]——核參數(shù)。

因此，得到KELM的預(yù)測函數(shù)為：

[fx=hxβ*=hxHT（I/C+HHT）-1T=Kx，x1…Kx，xMT（I/C+Ω）-1T] （10）

式中：[I]——單位向量矩陣。

2.2 基于核極限學(xué)習(xí)機(jī)響應(yīng)面法的筒型基礎(chǔ)入土沉放風(fēng)險(xiǎn)分析流程

由于土體空間變異性的影響，在筒型基礎(chǔ)沉放的過程中，存在沉放需要壓差超過可用壓差，基礎(chǔ)無法沉放的風(fēng)險(xiǎn)。本研究利用基于核極限學(xué)習(xí)機(jī)的響應(yīng)面法量化筒型基礎(chǔ)沉放過程中的失效概率，確定沉放風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并給出風(fēng)險(xiǎn)控制措施降低其入土沉放風(fēng)險(xiǎn)。筒型基礎(chǔ)入土沉放風(fēng)險(xiǎn)分析流程如圖1所示。

1）采用式（4）計(jì)算筒型基礎(chǔ)不同入土深度處水泵可提供的壓差，作為筒型基礎(chǔ)入土沉放的安全閾值，當(dāng)筒型基礎(chǔ)沉放需要壓差大于可用壓差時(shí)，筒型基礎(chǔ)存在無法沉放的風(fēng)險(xiǎn)。

2）獲取筒型基礎(chǔ)入土沉放風(fēng)險(xiǎn)分析的訓(xùn)練樣本集。選取在海上原位測試中的靜力觸探（CPT）數(shù)據(jù)[qc]作為隨機(jī)變量，依據(jù)[qc]的統(tǒng)計(jì)參數(shù)（均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等）采用蒙特卡洛抽樣法對(duì)其進(jìn)行抽樣，并依據(jù)DNV規(guī)范計(jì)算不同入土深度下筒型基礎(chǔ)的沉放阻力，進(jìn)而求出筒型基礎(chǔ)不同深度入土沉放需要壓差。

3）建立不同工況下的核極限學(xué)習(xí)機(jī)響應(yīng)面模型。將隨機(jī)變量[qc]及筒型基礎(chǔ)對(duì)應(yīng)的需要壓差作為核極限學(xué)習(xí)機(jī)模型的訓(xùn)練樣本，對(duì)樣本集進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，不斷優(yōu)化核極限學(xué)習(xí)機(jī)響應(yīng)面模型，得到優(yōu)化的核極限學(xué)習(xí)機(jī)響應(yīng)面模型。

4）評(píng)估筒型基礎(chǔ)不同工況下入土沉放的風(fēng)險(xiǎn)。利用優(yōu)化后的核極限學(xué)習(xí)機(jī)響應(yīng)面模型，定量計(jì)算筒型基礎(chǔ)在不同工況下的沉放失效概率，并判斷基礎(chǔ)的沉放風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。參考相關(guān)文獻(xiàn)［29］，將筒型基礎(chǔ)沉放風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為5等，給出風(fēng)險(xiǎn)控制措施，如表5所示。

3 筒型基礎(chǔ)入土沉放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 筒型基礎(chǔ)沉放工程案例

選取兩個(gè)6.45 MW工程案例進(jìn)行入土沉放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：海域1某風(fēng)電場筒型基礎(chǔ)為安裝成功案例，入土深度14 m；海域2某風(fēng)電場筒型基礎(chǔ)為安裝失敗案例，基礎(chǔ)沉放至5.4 m時(shí)無法進(jìn)一步安裝。

3.1.1 海域1某風(fēng)電場筒型基礎(chǔ)安裝案例

1） 筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

單筒7艙筒型基礎(chǔ)為全鋼筒，主要由上部單立柱、頂蓋斜撐和反梁、下部鋼筒3部分組成，如圖2。筒型基礎(chǔ)下部鋼筒直徑為34 m，外筒壁高14 m，厚2.5 cm，分艙板高14 m，厚1.5 cm，共有7個(gè)分艙，1～6#為邊艙，7#為中艙；單立柱直徑7.545 m，厚65～80 mm；單立柱高24.8 m；基礎(chǔ)質(zhì)量1670 t。待基礎(chǔ)在陸上預(yù)制完成后，利用一步式海上風(fēng)電運(yùn)輸安裝平臺(tái)將組裝完畢的基礎(chǔ)連同上部塔筒風(fēng)力機(jī)浮運(yùn)至指定位置進(jìn)行安裝。

2）工程場地地質(zhì)條件和隨機(jī)變量[qc]抽樣

海域1位于近海海域，離岸距離約7.5 km，水深11 m，場區(qū)水下地形較平緩，海底高程在[-8.00～-11.0] m之間，風(fēng)力機(jī)機(jī)位土層自上而下為淤泥（0～3.50 m）、淤泥和淤泥質(zhì)土（3.5～13.2 m）、淤泥質(zhì)土（13.20～14.50 m）。

地勘給出[qc]、孔壓隨深度的變化曲線，如圖3a所示。本次海域1案例選取的沉放阻力計(jì)算區(qū)間（及[qc]代表值）分別為0～3.50 m（254 kPa）、3.50～5.75 m（343 kPa）、5.75～8.00 m（412 kPa）、8.00～10.60 m（487 kPa）、10.60～13.20 m（567 kPa）、13.20～14.00 m（628 kPa），[qc]代表值生成的隨機(jī)[qc]序列分布情況如圖3b、圖3c、圖3d所示。

3.1.2 海域2某風(fēng)電場筒型基礎(chǔ)安裝案例

1）筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

單筒7艙筒型基礎(chǔ)為全鋼筒，主要由上部單立柱、頂蓋斜撐和反梁、下部鋼筒3部分組成，與海域1某風(fēng)電場筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相似。筒型基礎(chǔ)下部鋼筒直徑為32 m，外筒壁高10.5 m，厚2.0 cm，分艙板高10.5 m，厚1.6 cm；單柱直徑5.5 m，厚16～60 mm；通長單柱高42 m；基礎(chǔ)質(zhì)量1537 t。

2）工程場地地質(zhì)條件和隨機(jī)變量[qc]抽樣

海域2位于近海海域，離岸距離約61 km，水深17 m，海底高程在[-20.35～-13.95] m之間，風(fēng)力機(jī)機(jī)位土層自上而下為粉砂夾粉土（0～5.4 m）、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土（5.4～15.0 m）。

地勘給出[qc]隨深度的變化曲線，如圖4a所示。本次案例選取的沉放阻力計(jì)算區(qū)間（及[qc]代表值）分別為0～2.10 m（3.480 MPa）、2.10～4.20 m（4.440 MPa）、4.20～5.40 m（3.040 MPa），5.40～7.20 m（0.395 MPa）、7.200～8.85 m（0.558 MPa）、8.85～10.500 m（0.713 MPa），[qc]代表值生成的隨機(jī)[qc]序列分布情況如圖4b、圖4c、圖4d所示。

3.2 筒型基礎(chǔ)沉放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.2.1 入土沉放風(fēng)險(xiǎn)分析計(jì)算工況

海域1、海域2筒型基礎(chǔ)入土沉放需要壓差各有6種計(jì)算工況，如表6所示。海域1某機(jī)位的CPT系數(shù)按表4中黏性土的CPT系數(shù)取值，分別計(jì)算3.5、5.75、8、10.6、13.2、14 m入土深度處的需要壓差；海域2某機(jī)位由于土質(zhì)為粉砂夾粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土，土性介于黏性土和無黏性土之間，CPT系數(shù)按表4中黏性土和無黏性土CPT系數(shù)的中值取值，分別計(jì)算2.1、4.2、5.4、7.2、8.85、10.5 m入土深度處的需要壓差。

計(jì)算得到筒型基礎(chǔ)沉放需要壓差和可用壓差圖如圖5所示。從圖5可看出，在不考慮變異系數(shù)的情況下，采用CPT推薦值計(jì)算可以滿足沉放阻力的要求，進(jìn)行指導(dǎo)施工。在考慮土體變異性的情況下，海域1機(jī)位由于土強(qiáng)度較低，且沉放需要壓差較小，不同變異系數(shù)的土體，沉放可用壓差基本滿足筒型基礎(chǔ)沉放需要壓差的要求。海域2機(jī)位由于土體強(qiáng)度較高，沉放需要壓差較大，且隨著變異系數(shù)的增大，需要壓差超出可用壓差的點(diǎn)位增多，沉放風(fēng)險(xiǎn)很大，最終導(dǎo)致基礎(chǔ)的安裝失敗，故對(duì)兩個(gè)基礎(chǔ)的沉放風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步進(jìn)行評(píng)估。

3.2.2 入土沉放風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

依據(jù)圖1風(fēng)險(xiǎn)分析流程，建立不同工況下的核極限學(xué)習(xí)機(jī)響應(yīng)面模型，計(jì)算筒型基礎(chǔ)在不同工況下的入土沉放失效概率，計(jì)算結(jié)果如圖6所示。依據(jù)表5，當(dāng)失效概率小于[10-4]時(shí)，筒型基礎(chǔ)入土沉放整體過程處于相對(duì)安全、安全、非常安全3種狀態(tài)之一，當(dāng)失效概率大于[10-4]時(shí)，筒型基礎(chǔ)入土沉放整體過程處于不安全、存在危險(xiǎn)兩種狀態(tài)之一，因此選取失效概率[10-4]作為筒型基礎(chǔ)入土沉放的風(fēng)險(xiǎn)控制線，用來判別筒型基礎(chǔ)入土沉放是否安全。

從圖6a可看出，海域1某機(jī)位的筒型基礎(chǔ)在使用CPT推薦值計(jì)算時(shí)，不同CV值不同入土深度的失效概率較低，均在[10-4]以下，入土沉放整體過程風(fēng)險(xiǎn)低。在使用CPT最大值計(jì)算時(shí)，CV=0.1時(shí)各入土深度的失效概率均在[10-4]以下，入土沉放整體過程安全；CV=0.2時(shí)入土深度14 m的失效概率超過了[10-3]，入土沉放不安全；CV=0.3時(shí)入土深度10.6 m的失效概率超過了[10-3]，入土深度13.2和14 m的失效概率超過了[10-2]，入土沉放不安全甚至存在危險(xiǎn)。

從圖6b可看出，海域2某機(jī)位的筒型基礎(chǔ)在使用CPT推薦值計(jì)算時(shí)，CV=0.1時(shí)入土深度5.4 m的失效概率大于[10-3]，入土沉放不安全。CV=0.2和CV=0.3入土深度4.2 m之后的失效概率均大于[10-3]，有的超過了[10-2]，入土沉放不安全甚至存在危險(xiǎn)。在使用CPT最大值計(jì)算時(shí)，CV=0.1入土深度4.2 m之后的失效概率均大于[10-2]，有的甚至接近"入土沉放存在危險(xiǎn)；CV=0.2和CV=0.3時(shí)各入土深度失效概率均大于[10-2]，入土沉放整體過程存在危險(xiǎn)。

綜上可知，當(dāng)考慮土體的變異系數(shù)時(shí)，海域1某機(jī)位的筒型基礎(chǔ)用CPT推薦值計(jì)算出的失效概率均小于[10-4]，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)低，基礎(chǔ)安裝成功，用CPT最大值計(jì)算失效概率會(huì)出現(xiàn)不安全的情況，入土沉放需采取避險(xiǎn)措施，如：加減阻環(huán)、高壓破土、循環(huán)頂升沉放等。海域2某機(jī)位的筒型基礎(chǔ)用CPT推薦值計(jì)算失效概率，當(dāng)土體變異系數(shù)大于0.1時(shí)，入土深度4.2 m之后的失效概率大于[10-2]，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)很高，基礎(chǔ)安裝5.4 m時(shí)失敗。兩個(gè)案例的對(duì)比表明：考慮土體的變異系數(shù)，如果CPT推薦值計(jì)算的失效概率均小于[10-4]，則風(fēng)險(xiǎn)較低，可用于指導(dǎo)施工。

4 結(jié) 論

將基于核極限學(xué)習(xí)機(jī)的響應(yīng)面法應(yīng)用于海域1和海域2風(fēng)電場兩個(gè)機(jī)位的筒型基礎(chǔ)入土沉放風(fēng)險(xiǎn)分析。首先采用蒙特卡洛抽樣法考慮土體的空間變異性，隨機(jī)生成靜力觸探qc數(shù)據(jù)，再用基于CPT的方法計(jì)算筒型基礎(chǔ)沉放需要壓差，并以水泵可提供壓差為風(fēng)險(xiǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)，得到筒型基礎(chǔ)沉放過程中的失效概率，評(píng)估海上風(fēng)電筒型基礎(chǔ)的入土沉放風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)論如下：

1） 基于核極限學(xué)習(xí)機(jī)的響應(yīng)面法可用于分析筒型基礎(chǔ)的入土沉放風(fēng)險(xiǎn)，可解決地勘資料少且風(fēng)險(xiǎn)因素不確定性高的問題。風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果與海域1成功案例、海域2失敗案例進(jìn)行比較，驗(yàn)證了風(fēng)險(xiǎn)分析方法的可靠性。

2）土體的空間變異性導(dǎo)致筒型基礎(chǔ)入土沉放失效概率增加，土體變異系數(shù)越大，筒型基礎(chǔ)入土沉放失效概率越大。

3）在考慮土體變異性（CV≤0.3）的情況下，采用CPT推薦值計(jì)算的失效概率均小于[10-4]時(shí)，沉放風(fēng)險(xiǎn)低，可用于指導(dǎo)施工，當(dāng)超過失效概率超過[10-4]時(shí)，應(yīng)采取防控措施或調(diào)整沉放策略。

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RISK ANALYSIS OF OFFSHORE WIND BUCKET FOUNDATION

PENETRATION INTO SOIL

Wen Feng"Liu Run"Meng Xiangchuan"Hou Ge2

（1. State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Intelligent Construction and Operation， Tianjin University， Tianjin 30007""China；

2. School of Water Conservancy， North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou 450046， China）

Abstract：The response surface method based on the nuclear limit learning machine is applied to the risk assessment of penetration of the bucket foundation， and the 6.45 MW bucket foundation of a wind farm in the sea area1 （successful installation） and the sea area 2 （installation failure） is the object of the study， and the Montecarlo sampling method is used to randomly generate the cone tip resistance （[qs]） in the geophysical static sounding （CPT）， and the method based on the CPT recommended value and the maximum value is used to predict the sinking required differential pressure， and the maximum differential pressure that can be provided by the pumps is the risk factor. The maximum differential pressure that can be provided is the risk control standard， and the probability of failure of the two machine positions for penetration into soil is obtained to assess the risk of penetration of the two machine positions. The results show that： the greater the spatial variability of the soil body， the greater the probability of the risk of penetration of the bucket foundation. When the coefficient of variation of soil body CV≤0.3， and the failure probability of penetration resistance calculated by using CPT recommended value are less than 10-4， the risk is low and can be used to guide the construction.

Keywords：offshore wind power； bucket foundation； penetration resistance； risk analysis