得益于施工便捷、承载性能高，桶形基础在海上风电领域的应用十分广泛。在浅海，桶形基础不仅可作为单桩基础或者导管架基础的入土锚固端，还可作为常规基础在泥面处的加强段，提升风电基础的整体刚度。在远海，桶形基础可作为漂浮式基础海缆的入土锚固端。在实际工程应用中，桶形基础往往承受水平荷载、竖向荷载和弯矩的作用。因此，研究桶形基础在各单向荷载作用下的受力状态和极限承载性能是十分必要的。

本文以单吸力桶为例，讲解如何在FLAC3D中确定它的极限承载力。如下图所示，吸力桶采用结构单元Liner创建，土体采用实体单元创建。Liner单元是一种特殊的壳单元，其表面的法向和切向耦合弹簧可模拟结构-土的相互作用，其应力-应变关系已在前文做过介绍，此处不再赘述。

 

 

吸力桶的直径D=8m，深度L=11m。土体为圆筒形，直径为10*D，底高程为-50m。模型的尺寸选择的依据是保证模型边界条件不会影响模型的计算结果，同时网格呈放射状，使得桩附近区域土的网格被细化。模型的约束可分为底边x、y、z三个自由度的约束和侧边x、y两个自由度的约束。吸力桶为钢材所制，其刚度远大于土体刚度。因此，吸力桶可采用线弹性本构模拟其力学响应，变形模量E=210GPa，泊松比μ=0.3。吸力桶周围土体采用摩尔-库伦本构模拟其力学响应。如下图所示，模型中为均一黏土层，土体不排水剪切强度随着深度的增加而增加。

 

 

在FLAC3D中，得到荷载-位移曲线的方式可分为位移控制和荷载控制。位移控制较为简单，可直接在相关自由度上施加速度或者加速度。荷载控制可在结构单元上施加应力或者集中力，为避免应力集中，可按节点数均匀或线性分配集中力。

 

对于单一荷载作用，分别通过在吸力桶上施加单一方向的荷载或位移，直到该方向上的荷载-位移曲线的斜率接近零，此时可认为吸力桶达到了极限平衡状态，所对应荷载即为吸力桶的极限承载力。如下图所示，吸力桶在竖向受压荷载作用（位移控制）下，竖向荷载随着竖向位移的增加而增加。最终，当竖向位移达到约0.54m时，该吸力桶的竖向极限荷载不再随着竖向位移的增加而增加，因此可确定竖向极限荷载为16340kN。

 

 

同理，水平向的荷载-位移曲线和弯矩作用下的荷载-位移曲线都可通过该方法求得，但是需要注意的是，此处需要考虑基础的平动和旋转的耦合作用。如下图所示，吸力桶在水平荷载作用（位移控制）下，水平荷载随着水平位移的增加而增加。最终，当水平位移达到约0.26m时，该吸力桶的水平极限荷载不再随着水平位移的增加而增加，因此可确定水平极限荷载为5590kN。在弯矩作用下，按照同样的方法可计算得到弯矩-转角曲线。最终，可确定吸力桶的极限抗弯荷载约为45000kNm。