过量碳排放量导致的一切环境问题越来越引起人们的关注，亟待解决，发展海上风电是节能减排和能源转型发展的需求，风电是新能源的主要发展方向，受到国家的大力扶持[1-3]，到2020年我国海上风机装机容量将达5000MW以上[4]．中国发展海上风电的优势有风电资源丰富、海岸线悠长，同时风机发电量高、运行比较稳定、不占陆地资源．但海上风机的建设成本过高是制约发展的重要因素，筒形基础作为一种新型的风机基础具有满足成本要求的优势[5]，如何保证其运行期间不发生0.5%的倾角并具有足够的抵抗液化能力是当前需要解决的问题．筒形基础的安装方式使其不能具有较深的入土深度，与浅基础的承载特性相似．中国地处最活跃的两个地震带之间，在地震荷载作用下提高筒形基础场地土体抵抗液化的能力备受关注．

陈育民等[6]利用FLAC3D二次开发了液化流动本构模型．Yu等[7]进行了重力基础的离心机振动台试验，得出了结构下的超静孔压比与自由场中相比明显降低的结论．Wang等[8-11]通过一些列离心机试验研究了海上风机基础在地震作用下的动力响应．刘国威[12]构建了筒形基础海上风电系统有限元模型，对加速度、位移等动力响应参数进行分析，采用抗液化剪应力方法分析了地基的液化趋势．杨春宝等[13]通过OpenSees开源平台进行了海上风机吸力筒基础的三维动力数值计算，对基础在地震中的沉降变形和倾覆转角进行了描述；刘润等[14]在饱和砂土地基上开展了轻型和重型筒形基础的离心机振动台试验，根据测得的加速度和孔压响应分析出了筒形基础对砂土的孔压比累积存在抑制作用，提出了提升比的判别方法来量化定义筒形基础附加应力对提高砂土抗液化的能力．于通顺等[15]基于Abaqus对宽浅式的筒形基础进行了模拟，结果表明在基础附近海床液化深度与水深、饱和度、渗透系数成正比，与土体的泊松比成反比．De Risi等[16]探究了海上风机在强震作用下的结构性能．Ueda等[17]进行了100g的离心机模型试验并基于数值模型计算对筒形基础作用下的土体有效应力进行了分析，研究了其抗震性能．目前基于离心机振动台国内外学者已经做了大量关于筒型基础在地震荷载作用下抵抗液化的性能试验，但是限于传感器的数量针对不同类型筒形基础的场地动力响应变化规律的研究较少．

土工离心机利用超重力原理可以使用小尺寸模型实现对原型土工结构的反应参数的模拟，主要的应用领域有土石坝稳定与变形、波浪模拟、爆炸模拟、地震及液化模拟．关于筒型基础作用下砂土抵抗液化的影响规律大多就是基于离心机振动台试验，Wang等[11]使用凯斯西储大学的20g-ton岩土离心机对海上风机基础进行了大量的离心机试验，总结了筒形基础作用下砂土地基关于自由场、筒周、筒下土体的液化规律．基于离心机试验对比验证，本研究利用OpenSees开源平台开展一系列数值模拟计算，分析地震载荷作用时筒形基础对土体抵抗液化能力的影响规律，揭示了地基土体位移、孔压、孔压比随深度和宽度的变化规律，提出了地震作用下不同高径比的筒形基础与砂土地基相互作用的动力响应规律．

1?离心机试验及数值建模

1.1?离心机试验

本研究中开展了一系列离心机模型试验，研究在地震载荷作用下海上风机筒型基础的动力响应及场地液化情况．试验筒型基础模型外径30m，风机塔柱高13m，上部结构简化为一个作用于塔柱顶部的集中质量块，重量为710t，模型具体尺寸如表1所示[18] (原型尺寸)．离心机试验用土选用Toyoura砂，砂土参数见表2，试验是在饱和状态下开展的，地震载荷在离心加速度达到50g时施加于模型箱底部，输入地震波主频率为2Hz，在模型最底部沿水平方向施加，峰值加速度为3.5m/s2，持续时间约为12.5s，如图1所示[19]．试验中记录了加速度、孔隙水压及基础沉降的时程曲线，用于描述地基土体地震响应．具体试验步骤在文献[11]中有详尽描述．

Tab.1?Configuration of the test model方案筒高/m筒径/m高径比H/D 模型

Tab.2?Parameters of test sandCUCC比重D50 D10最大孔隙比最小孔隙比

图1?输入地震加速度Fig.1?Input wave

1.2?有限元模型

OpenSees是分析模拟地震作用下结构和岩土体相互作用的专业软件，通过大量实际工程和振动台试验验证，OpenSees具有较好的非线性数值模拟精度，对于孔隙水压的变化模拟较为准确．本文基于OpenSees有限元开源平台进行了数值模拟分析，利用Four Node Quad u-p模拟土体单元，采用PDMY02模拟土体模型，其中本构模型的参数根据标准试验用砂进行标定，砂土的饱和密度为，初始孔隙比为0.72，渗透系数为．桩土界面采用零长度单元，基于摩尔-库伦理论模拟桩土界面的滑动摩擦机理，当两个接触点相互靠近时，接触力发生在零长度单元的主从节点之间．具体实现方式如图2所示．