海上风机吸力基础的水平受荷研究综述

李大勇，陈庆剑，张雨坤，陈福全

(1. 福州大学 土木工程学院，福建 福州 350108; 2. 山东科技大学 山东省土木工程防灾减灾重点实验室， 山东 青岛 266590)

传统的化石能源燃烧不但造成了严重环境污染和温室效应，而且面临着枯竭问题，因此清洁能源的开发利用受到全球高度重视。海上风能具有风速高、持续时间长、绿色环保等优点，是大力开发的一种清洁能源[1]。海上风机塔架的基础造价及施工费用是导致海上风能开发成本普遍较高的一个主要因素[2]，合理优化基础结构以及开发新型基础形式对于降低基础造价具有重要意义。目前海上风机塔架的基础主要形式有重力式基础、单桩基础、吸力基础、三脚架基础、导管架基础、系泊基础等形式(图1)。

图1 海上风机基础Fig. 1 Offshore wind turbine foundation

吸力基础的研究最早始于20世纪60年代[3]。吸力基础(图2(a))是一种倒置的桶形结构，又称吸力桶，通常由钢材制造。其安装步骤是：首先在自重作用下沉至海底，部分桶体切入海床，从而在桶内形成密闭水体，然后使用抽水泵逐渐抽出封闭水体，使基础产生内外压差(即吸力)，继续贯入。当基础顶板与土体接触时，基础沉贯终止。Houlsby和Byrne[4]、丁红岩等[5]研究证实吸力基础适合应用于海上风机基础，吸力基础具有质量轻、受运输工具的限制较小、安装时间快、现场施工适应能力强等优点等[6]。与海上风机重力式基础和单桩基础等形式比较，相同的荷载作用下，吸力基础更为经济等[7]。随着已建海上风场的升级改造，海上风机功率增大(已有单机功率12 MW的报道)，叶片尺寸增大，原有基础不能满足承载力要求，对传统吸力基础的改进引起了人们重视：如李大勇等[8]提出了一种称为裙式吸力基础的新型吸力基础(图2(b))，裙式吸力基础在常规吸力基础上增加了裙结构，从而降低了主桶周围受冲刷的程度，并大幅提升了基础的承载能力；之后，Bienen等[9]的复杂裙边基础，李洪江等[10]的伞形吸力基础，以及柳晓科等[11]的低裙式吸力桩基础，都是在裙式吸力基础上发展而来。

图2 吸力基础示意Fig. 2 Sketch of suction caisson

吸力基础1982年被首次应用到工程实际中[12]，挪威国家石油公司(Statoil)1994年在北海的水深70米立管平台Draupner E，采用了直径12米、长6米的吸力基础作为其基础结构[13-14]，1996年又在北海安装了第二个吸力基础结构(Sleipner T)，其直径达15米[15-16]。直到2002年，吸力基础在丹麦Frederikshavn海岸首次应用于风机(功率3.0 MW)，其长度6 m，直径12 m[17-18]。我国2010年首次在江苏启东吸力基础应用于2.5 MW海上风机，并进行了相关的安装试验[19]。

与海上石油天然气等平台基础相比，海上风机的基础所受竖向荷载较小，对应比例的水平荷载及弯矩较大[20]。因此，海上风机基础受水平荷载是其主控荷载。首先介绍了海上风机基础的设计要求和影响因素，分析了海洋环境水平荷载的特点和受荷形式。分别对水平单调荷载、水平循环荷载和不同荷载组合下的吸力基础承载能力及破坏机理进行了分析。最后，对提出的影响水平承载性状的因素进行了讨论，指明了下一步的研究方向。

1 海上风机基础受荷分析

海上风机基础的设计要考虑两个关键问题[21]：一是基础的承载能力，目的是保证海上风机基础在海洋环境中不发生破坏，保证海上风机安全稳定运行；二是上部结构的容许位移，现行规范规定风机基础要满足上部结构的位移与倾斜小于一定阈值[22-23]。上述两个问题可统称为基础的承载性状。影响基础承载性状的因素有很多，包括荷载形式、土体性质、基础结构等[24-26]。土体性质是指基础所处的土体类型(包括砂土、黏土、粉土等)，以及土体参数、土体强度沿深度的分布等。Oh等[1]已对不同土体性质下基础的承载性状进行了归纳及总结，提出土体性质是影响海上基础承载性状的重要因素。基础结构主要指不同的基础类型，针对吸力基础而言，基础结构还包括针对吸力基础的改进。Wang等[27]已针对不同基础结构的水平承载性状做了相关总结，结果表明吸力基础可以较好的适用于海上风机环境。荷载形式对基础的承载性状具有至关重要的影响[28-29]，但鲜见荷载形式影响的研究。因此，有必要对不同荷载形式下基础的承载性状进行归纳。

海上风机所受的荷载形式主要有竖向荷载及水平荷载，竖向荷载主要是基础及上部结构的自重荷载，而水平荷载的类型包括风荷载、波浪荷载、潮流荷载、海冰荷载、地震荷载等(图3)[30]。风荷载主要作用于风机上部，虽然荷载值较小，但对基础产生较大的弯矩；波浪荷载主要作用于风机水下部分，荷载值较大；潮流荷载一般与所在海域有关，随时间变化不大，可视为一种静态荷载。此外，风机在服役期间还可能受海冰荷载和地震荷载的作用，海冰荷载主要发生于冬季纬度较高的海域，地震则具有偶发性，在风电场选址时已考虑尽可能远离断裂带，因此在风机的使用寿命中并不常见，设计时主要考虑风荷载、波浪荷载和潮流荷载。

图3 海上风机所受荷载Fig. 3 Loads on an offshore wind turbine

风、波浪、潮流等水平荷载在初步分析时，常常将其统一视为水平单调荷载，使用力控制模式或位移控制模式施加于基础之上。根据荷载类型的不同，潮流荷载等可视为水平单调荷载；风和波浪荷载则可视为水平循环荷载。另外，海洋环境荷载复杂，风波浪等荷载往往不在一条直线上，同时基础还受上部结构自重的荷载影响，因此需要考虑不同荷载组合下的承载性状。

2 水平单调荷载下的承载性状

吸力基础受水平单调荷载的研究是其承载性状研究的重要形式。通过吸力基础受水平单调荷载的研究，可以确定基础的水平承载力及荷载位移曲线，得到海上吸力基础的水平承载力，进而为吸力基础的设计提供参考。在水平单调荷载方面，吸力基础所受不同荷载形式的影响主要体现在水平荷载大小、加载高度(偏心率)和荷载作用方向等方面。

2.1 水平荷载大小的影响

在不同的水平荷载下，吸力基础将呈现不同的水平承载性状。Bolton[31]通过研究发现，水平荷载下吸力基础的水平荷载—侧向位移关系与土体应力水平呈非线性关系。Chen等[32]测量了吸力基础旋转中心及荷载位移曲线，认为吸力基础受波浪荷载作用下，在变形较小时，吸力基础的运动视为平动；在变形较大时，吸力基础的运动视为转动。Zhang等[33]认为，在水平承载能力极限状态时，吸力基础表现为旋转，而不是平动。Zhu等[34]采用原型试验对吸力基础的安装和安装后的水平承载能力进行了研究，并对基础安装过程阻力、旋转中心位置、基础侧面土压力、基础弯矩承载能力进行推导。

基础在水平单调荷载下的承载性状可以通过荷载位移曲线反应。Li等[35]与Zhang等[36]通过系统研究，将荷载位移曲线分为三个阶段：准弹性阶段、塑性阶段、破坏阶段。在准弹性阶段内，基础位移及土体变形很小，对应的最大位移约为基础直径的1%，其位移可以视为平动；在塑性阶段内，基础的位移主要是平动与转动的组合，荷载位移曲线的形式很大程度上取决于基础外裙长及荷载偏心率，基础位移及土体变形较大；在破坏阶段内，基础的位移主要视为转动。

通过荷载位移曲线，可以确定基础的极限承载力。Hung和Kim[37]对吸力基础的极限承载力进行了一系列研究，将极限承载力定义为：1)在荷载没有进一步增加的情况下，位移不断增加的荷载；2)造成了超出实用性极限位移的负荷；3)荷载位移曲线部分变直时对应的荷载；4)弹性阶段和破坏阶段两条切线交点对应的荷载。Hung等[38]和Kim等[39]采用切线交点法确定承载能力，其是对荷载位移曲线起始与终止位置各引各引两条切线，切线的交点定义为基础承载力。根据Hung等[37-38]的研究成果，切线交点法确定的承载力约有2%～5%的偏差。Wang等[40]系统的研究了确定吸力基础水平极限承载力的方法：1)在标准化累计旋转达到3%时，基础水平承载破坏；2)绘制标准化水平位移增量和荷载增量图，可用三段直线拟合，第一个点对应临界荷载，第二个点对应临界荷载。Wang等[40]提出，在吸力基础标准化累计变形达到3%时，其水平承载力近乎不变。Zhang等[30]亦采用三条切线的方法确定基础承载能力，在对荷载位移曲线作图时，斜率变化的第一个点为临界侧向承载力值，第二个点是极限侧向承载力值。

目前对吸力基础受不同单调荷载大小下的承载特性研究较为成熟，但其主要关注吸力基础的承载能力峰值，忽视了吸力基础的变形。事实上，大部分海上风机基础在达到其极限承载力之前，上部结构已超出其容许变形。因此，需加强关于吸力基础在达到一定承载力时的变形和在固定变形下的承载力研究，更好地符合工程实际。

2.2 加载高度(偏心率)的影响

吸力基础受水平荷载时，由于风、波浪等荷载并不作用在基础形心上，基础将额外受到一个弯矩荷载。作用点越高，产生的弯矩荷载越大。不同高度的水平荷载对基础承载性状的影响可以通过加载高度(偏心率)量化。Kumar和Rao[41]认为吸力基础的侧向承载力与荷载偏心率有关。Li等[35, 42]认为随着荷载偏心率的增大，吸力基础的水平承载力逐渐减小，土体变形范围逐渐增大。Andersen等[43]给出了考虑各种偏心距和几何形状影响的吸力基础实测数据与预测结果的比较。Zhang等[36]发现荷载偏心率对吸力基础的荷载位移曲线的形式影响很大，极限状态下裙式吸力基础旋转中心至顶盖的距离随着荷载偏心率的增加而减少。Li等[44]认为裙式吸力基础的旋转中心随着荷载偏心率的增加而上升，旋转中心与基础中心线的距离几乎不受荷载偏心率的影响。

吸力基础的弯矩承载能力的概念能更好反映受荷载偏心率的影响。Zhu等[34]认为海上基础的设计关键是弯矩的承载能力，其提出了吸力基础受弯矩承载力的理论公式。Kourkoulis等[45]认为可以对吸力基础施加较小的竖向荷载和较大的水平荷载，模拟较大功率风机基础的受荷形式(基础受纯弯荷载)。Barari和Ibsen[46]结合试验和数值分析研究了黏土中桶形基础对弯矩荷载的响应，并给出了描述破坏荷载组合的屈服轨迹。

加载高度(偏心率)是影响吸力基础水平单调承载性状的主要因素。随着海上风机功率的逐渐增大，荷载作用高度不断提高，大偏心水平承载的研究逐渐受到广泛重视。因此，需系统研究偏心率(尤其是大偏心水平荷载)对基础承载性状的影响，为工程设计提出改进方案。

优化供应链，掌控大数据，目的是为提高经营效率。但是如果提升的部分被上涨的成本淹没，那么创新价值便会被大打折扣。这正是新零售试水者们普遍遭遇的问题。

3 水平循环荷载下的承载性状

水平循环荷载更接近于海洋环境真实荷载，吸力基础的水平循环承载性状是重要的研究领域。循环荷载的研究主要涉及循环荷载频率、循环荷载次数、循环荷载幅值、循环荷载方向等。

3.1 循环荷载频率的影响

循环荷载频率主要通过影响基础附近土体的超孔隙水压力，进而影响基础的承载性状。Ansal和Erken[47]和Wang等[48]认为基础附近黏土的超孔隙水压力随着循环荷载频率而发生变化。Yang等[49]在粉质土中进行了伞形吸力基础受循环荷载的研究，当循环荷载幅值为单调水平极限承载力的0.6倍，荷载频率为0.2 Hz时，土体的累计变形逐渐稳定于基础直径的0.3倍；当循环荷载幅值为单调水平极限承载力的0.6倍，荷载频率为2.5 Hz时，伞形吸力基础的变形急剧增大，基础迅速失稳。Sathialingam等[50]提出，无黏性土中单桩基础对0.02～0.2 Hz的循环荷载频率不敏感；但是对于黏性土而言，随着土体应变的增大，黏土的强度和刚度有明显的增大趋势。周建和龚晓南[51]认为循环荷载频率会影响饱和软黏土的应变软化，其软化程度随着循环荷载频率的降低而上升，当循环荷载频率低于0.1 Hz时，土体的软化较为明显。蒋军[52]认为黏土的应变速率随着循环荷载频率的增大而增大，但应变速率的衰减率与循环荷载频率无关。

循环荷载频率是吸力基础的承载性状的重要影响因素，循环荷载的频率对黏土中的基础影响较大，对砂土中基础的影响较小。因此，需进一步丰富各种循环荷载频率下吸力基础的承载性状研究，明确其对吸力基础承载性状的影响机理。

3.2 循环荷载次数的影响

循环荷载次数会显著影响基础的累计变形，从而导致上部结构提前达到正常使用极限状态，对基础进行循环荷载次数影响的研究十分关键。Long等[28]认为第一次循环对基础的水平承载性状影响最大，后续循环的影响逐渐减小，循环荷载下基础的累计变形与循环荷载次数在双对数坐标轴下成正比。Leblanc等[29]亦得到了相似的结论。Lin等[24]认为单桩基础在循环荷载下的累计旋转与lnN成正比。Byrne和Houlsby[53-54]认为吸力基础在服役期间受到的第一次风暴荷载将导致基础发生较大的变形，其变形量占到基础总累计变形的绝大部分。Foglia等[55]利用宏观单元法(macro-element approaches)研究了砂土中桶形基础在循环荷载作用下的响应，结果表明宏观单元法可以较好地预测基础在水平荷载下的累计变形问题，通过与试验数据的对比，可以发现随着循环次数的增加基础位移的积累速度减少。Wang等[56]认为随着循环荷载次数的增加，土体的永久变形逐次减少，第一次循环的变形占前十次循环累计变形的60%～80%。Hung等[57]认为黏土中吸力基础在循环荷载下的累计旋转随着循环次数的增加而增加，但增大的速率在前100次循环较大，其后随循环次数的增加逐渐减小。

随着基础累计变形的增加，土体的刚度也发生了改变。Byrne和Houlsby[53-54]认为土体的刚度在循环荷载的作用下逐渐降低。但Kramer等[58]认为仅有很少一部分桩受循环荷载时抗弯刚度发生明显退化，土体刚度受循环荷载的影响不明显。Zhu等[59]认为在循环荷载幅值一定的情况下，土的循环侧向刚度受循环荷载次数的影响很小。Wang等[56]认为在第一个循环周期，土体刚度显著下降，之后几乎保持不变。Hung等[57]认为卸载刚度随着循环次数的增加而增加。Wang等[40]认为前5次循环的侧向位移和刚度变化较大，当吸力基础的无量纲化累计变形从0%变化至1%时，土体的刚度发生较大降低，随后降低的速率逐渐减小；当吸力基础的无量纲化累计变形达到3%之后，土体刚度下降可以忽略。

据统计，海上风机的吸力基础在25年中将经历约1 000万次循环荷载[60]。随着循环荷载次数的增大，基础的累计变形逐渐增大，附近土体的刚度发生改变。吸力基础受不同循环次数的定性研究已较为充分，下一步应针对吸力基础的水平承载性状与循环次数展开定量的研究。

3.3 循环荷载幅值的影响

循环荷载的幅值是指所施加的循环荷载的峰值大小，常见的循环荷载幅值可见图4。其中，MR是吸力基础通过水平单调试验测得的极限承载力。为便于研究循环荷载幅值的影响，常常用Mmin表示循环荷载的幅值最小值，用Mmax表示循环荷载的幅值最大值。将ζb、ζc定义为：

图4 循环荷载的幅值Fig. 4 Amplitude of cyclic load

(1)

(2)

循环荷载的大小对基础的累计变形及附近土体的刚度均具有较大的影响。Lin和Liao[24]对不同幅值循环荷载下的性质展开了研究，提出了一个简要表达式计算变幅循环荷载下基础的累计变形。Hung等[57]提出了一种计算吸力基础累计旋转的理论公式，发现吸力基础在循环荷载作用下的累计旋转随荷载大小的增加而增加，当施加的循环荷载大于疲劳极限荷载的一半时，土体的应变较明显。Achmus等[61]利用数值模拟研究了荷载大小、相对密度和埋入比对桶形基础在循环荷载作用下的行为的影响。Hirai[62]认为循环试验的破坏荷载均小于静载试验的破坏荷载，在较低幅值的循环荷载作用下，基础破坏时会产生较大的位移和旋转。另外，需要注意的是循环荷载幅值对黏土和砂土的卸载刚度影响不一致。Houlsby等[63]进行了黏土中吸力基础的低频循环弯矩试验，结果表明在低振幅时基础表现为刚性响应，随着振幅逐渐增大，刚度逐渐减小。另外，Houlsby等[64]发现砂土在小应变下的剪切模量小于大应变下的剪切模量，砂土中吸力基础在循环荷载下的刚度随着荷载振幅的增大而增大。Hirai[62]考虑了循环荷载幅值、循环荷载历史等因素下土体的循环荷载破坏机理，阐明了循环荷载作用下黏土的总应力、有效平均主应力、应力差和孔隙压力之间的关系。Hung等[57]提出了一种根据初始卸载刚度、循环次数等参数计算卸载刚度的理论公式，认为黏土的卸载刚度随着循环荷载大小的增加而减少。Kelly等[20]进行了一系列现场原型试验和试验室模型试验，发现在小幅值的循环加载中土体刚度较大，在大幅值的循环加载中土体刚度较小。

循环荷载对称性对基础承载性状的影响较为显著，但涉及吸力基础的研究有限，可以通过海上单桩基础的研究初步总结相关规律。Leblanc等[65]建立了随机双向循环荷载作用下刚性桩累积旋转的预测模型，表明在海上风机的使用寿命中，桩身累积旋转主要受最不利载荷的控制。Long等[28]探讨了Mmin/Mmax对基础累计变形的影响，结果表明单向水平循环荷载下的p-y曲线退化较明显，土体的变形与基础的倾斜较大，因此单向水平循环荷载(ζc=0)较双向水平循环荷载(ζc=1)产生的累计变形大。Zhu等[66]认为单向循环荷载产生的旋转效应较双向循环荷载产生的旋转效应大。Lin等[24]认为单向水平循环荷载较双向水平循环荷载产生更大的循环应变。Leblanc等[29]推导了单桩基础的无量纲化荷载位移公式，发现不完全对称循环荷载(ζc=-0.6)的累计变形是单向循环荷载(ζc=0)的4倍，不完全对称循环荷载将导致更大的基础累计变形。Zhu等[59]认为不完全对称循环荷载产生的旋转效应较单向循环荷载产生的旋转效应大。Nanda等[67]发现基础在双向循环荷载作用下的累计变形随着循环次数先增大后略微减小，之后再增大，其认为单向循环荷载较双向循环荷载会产生更大的水平位移。

海洋环境中的风荷载随着离岸距离的增大而增大，波浪荷载亦随着水深的增大而增大[68]。Sahin[69]认为海上风机的基础必须能够抵抗较大的风波浪潮流荷载，而这些循环荷载的方向和幅值随时间不断变化。针对吸力基础在不同循环荷载幅值下的承载性状研究尚不充分，循环荷载方向性的研究主要针对海上单桩基础，下一步应针对吸力基础受循环荷载幅值的影响展开系统研究。

3.4 循环荷载方向的影响

循环荷载方向的影响是指海洋环境循环荷载的作用方向对基础承载性状的影响。随着海洋环境的变化，风波浪潮流荷载的方向会发生偏转。Leblanc等[65]认为在风暴期间较大的荷载循环可能是单向的，如ULS(承载能力极限状态)和SLS(正常使用极限状态)，此时多采用ζc≥0的循环荷载进行分析；而在海况较好的情况下，风机所受的循环荷载由于风向的变化将是全方位的，如FLS(疲劳极限状态)，此时多采用变方向的循环荷载进行分析。关于吸力基础受不同方向水平循环荷载的研究有限，而针对海上单桩基础已进行了部分研究。Rudolph等[70]研究了单桩基础受变角度水平循环荷载作用的变形响应，认为在荷载大小相同时，荷载方向的变化可能会加大基础的变形，而荷载方向改变导致的循环荷载累计变形增加倍数(较固定方向循环荷载)，在松散砂中为1.9，在密实砂中为1.5。Nanda等[67]认为变角度水平循环荷载较定向水平循环荷载将产生更大的累计位移，单向循环荷载中变角度加载可以提高土体刚度，双向循环荷载中变角度加载会降低土体刚度，土体刚度的减小将导致水平循环荷载作用下的基础抬升增大。Zhu等[71]发现当荷载方向在0°～90°间变化时，吸力基础的受荷响应近似于受单向循环荷载的情况，当荷载方向变化超过90°时，吸力基础的累计变形较单向循环荷载时小，另外转向加载时土体的卸载刚度较定向加载时显著不同，因此吸力基础在循环荷载下的响应受荷载方向的影响较大。

循环荷载方向对海上基础的水平承载性状的研究有限。已有的针对单桩基础的研究均表明，变方向的水平循环荷载将导致基础产生更大的累计变形。因此，下一步应针对吸力基础受变方向水平循环荷载展开相关研究。

4 不同荷载组合下的承载性状

吸力基础在服役过程中不仅受水平荷载，还受到竖向荷载。同时，由于海洋环境复杂多变，海上风和波浪荷载往往没有作用在一条直线上。因此，吸力基础所受荷载等效为单一荷载存在一定的局限性，采用多种荷载同时作用的形式更符合于实际情况。吸力基础在不同荷载组合下的承载性状可分为竖向荷载的影响和水平荷载非共线的影响两方面进行讨论。

4.1 竖向荷载对水平承载性状的影响

吸力基础在服役过程中将受到竖向荷载作用，竖向荷载主要为基础和上部结构的自重。竖向荷载对基础的承载能力有显著影响。Martin和Houlsby[72]认为当基础所受竖向荷载为零时，基础的水平承载力为零。然而Cassidy等[73]认为即使基础所受竖向荷载为零，基础也可以承担一定的水平荷载。Fu等[74]通过数值模拟，分析了低竖向荷载作用下两沉箱单元矩形混合地基水平弯矩承载力及破坏机理，并在此基础上提出了描述矩形混合地基破坏包络线的表达式。Byrne和Houlsby[54]发现，当吸力基础上作用有恒定竖向荷载时，基础同时受到弯矩荷载将发生较大沉降，特别是在弯矩荷载施加的起始阶段。Hung等[38]的分析表明，吸力基础的荷载包络线在V/V0≤0.5时轻微下降。Yun和Bransby[75]认为当竖向荷载小于竖向承载力的40%时，水平和弯矩联合承载力的下降可以忽略不计，当V/V0≥0.5时，组合荷载的包络线显著下降。Zhang等[76]认为水平和竖向荷载联合作用下，单桩基础的水平极限承载力随着竖向荷载的增加先增大后减小，分界点大致在0.3倍竖向极限承载力，竖向荷载在一定程度上增大了单桩基础水平承载能力，包络面近似于椭圆。Yang等[49]认为弯矩对竖向承载力的影响小于竖向荷载对弯矩承载力的影响，同时两者的相互影响较小。

竖向荷载对水平承载性状影响的研究已较为完善，可以通过绘制包络面反应其影响程度。海上风机基础的竖向荷载相对较小，因此需加强在低竖向荷载下水平承载性状的研究。

4.2 水平荷载非共线的影响

Byrne和Houlsby[77]认为风荷载和波浪荷载的方向不一定完全一致，二者间存在一定的夹角。Seidel[78]认为海上风机在其服役期间，风波浪潮流引起的巨大水平循环荷载的方向不固定，风波浪荷载的夹角可能达到90°。陈胜等[79]通过深入观察海面风和波浪性质，认为海面风向与风荷载方向不一致，其最大夹角可以达到80°。因此，海上风机上作用的风、波浪荷载不能简单视为单一荷载，二者存在一定的角度，见图5。

图5 风波浪荷载示意Fig. 5 Wind wave load diagram

Fischer等[80]对海上风机单桩基础受风波浪非共线荷载的承载性状进行了分析，认为风波浪荷载非共线会显著影响基础的疲劳效应，进而降低基础的适用年限，但是对浮式基础平台的研究结论相反。Philippe等[81]通过对浮式海上风机进行耦合动力分析，研究了风的波动方向对系统的影响。Bachynski等[82]对海上风机张力腿平台(TLP)和半潜式海上平台进行了风波浪荷载非共线的分析，结果表明风波浪荷载共线时将对平台产生较大的疲劳荷载和弯矩。Karimirad等[83]对海上浮式V形风机进行了风波浪荷载非共线作用的分析，结果表明风波浪荷载非共线对浮式风机的影响很小，系统具有足够的鲁棒性。另外，夏可和万德成[84]研究了波浪和波流方向不一致时浅海导管架风机平台的受荷情况，结果表明平台所受荷载随着波流夹角的增大先略微增大，然后减小。

海上风机在服役过程中将受到风荷载和波浪荷载，二者存在一定角度。针对吸力基础受风波浪荷载非共线的影响尚不明确，下一步应针对吸力基础受风波浪荷载非共线的情形展开系统研究。

5 结 语

海洋环境中的吸力基础将承受较为复杂的水平荷载，已有的研究主要针对吸力基础受单调荷载的承载性状，以及对循环荷载和不同荷载组合的定性分析，下一步应针对吸力基础受不同循环荷载及不同荷载组合下的承载性状展开定量分析，得到的结论和展望如下：

1) 吸力基础受水平单调荷载的研究较为充分，但相关研究主要关注吸力基础的极限承载能力。实际工程中，吸力基础的设计往往由上部结构的容许变形控制。因此，需注重吸力基础荷载—位移关系的起始段研究。另外，加载高度(偏心率)也是基础破坏性状的重要影响因素。随着海上风机装机容量的不断增大，风机受荷偏心率逐渐增大，需要对加载高度(偏心率)的影响展开系统性的研究。

2) 吸力基础受水平循环荷载的研究主要采用固定频率和固定幅值的正弦循环荷载，这与海洋环境实际荷载差异较大。下一步应针对吸力基础受不同频率循环荷载、不同幅值循环荷载，以及较多循环次数和不同循环荷载方向上开展研究。

3) 吸力基础受不同荷载组合的研究有限，相关研究大多将基础所受荷载简化为单一荷载。事实上，由于海洋环境的复杂多变，风波浪荷载往往不作用于同一方向，另外基础还受上部结构自重荷载的影响。因此，需对吸力基础受不同荷载组合下的水平承载性状展开研究，阐明基础破坏机理。