Page 266 - 《振动工程学报》2026年第3期

866 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

图 4 单层地基土体模量变化对风机自振频率的影响曲线 图 5 层状地基土体模量变化对风机自振频率的影响曲线
Fig. 4 Impact curve of single-layer foundation soil modulus Fig. 5 Impact curve of layered foundation soil modulus
variations on wind turbine natural frequency variations on wind turbine natural frequency

长了 4.49%。当土体为弹性模量较小的软黏土时， 中风机自振频率分别增大了 3.42%、0.99% 和 0.41%。
Winkler 地基与黏弹性 Winkler 地基自振频率大小差 分析表明，无论表层是弹性模量较小的黏土或弹性
异显著，随着土体模量的增加，两种地基自振频率差 模量较大的硬质土，表层土体弹性模量对风机自振
值逐渐减小，当土体弹性模量大于 60 MPa 时，两种 频率的影响程度最大，随着深度的增加影响程度逐
地基自振频率差异可以忽略，即土体阻尼对自振频 渐减小。
率的影响可以忽略。 （3）表 5 给出了层状地基和单层地基的风机自
（2）从图 5 中可以看出，风机自振频率随土体模 振频率计算结果，其中单层地基土体模量取为成层
量 增 大 而 增 大 。 当 土 体 模 量 由 10 MPa 增 加 至 地基土体模量的加权平均值。由表 5 可知，黏弹性
70 MPa 时，对于黏弹性 Winkler 地基 Case 1、Case 2 Winkler 层状地基与 Winkler 层状地基风机自振频率
和 Case 3 中风机自振频率分别增大了 5.23%、1.8% 误差均小于单层地基风机自振频率误差。因此地基
和 0.62%；对于 Winkler地基，Case 1、Case 2和 Case 3 成层特性对风机自振频率的影响不能忽视。
表 5 层状地基和单层地基风机自振频率计算结果
Tab. 5 Calculation results of wind turbine natural frequencies for single-layer and layered foundations
层状地基 单层地基
实测频率/Hz 黏弹性 Winkler 地基 Winkler 地基 黏弹性 Winkler 地基 Winkler 地基
频率/Hz 误差/% 频率/Hz 误差/% 频率/Hz 误差/% 频率/Hz 误差/%
0.339 0.340 0.29 0.342 0.88 0.342 0.88 0.344 1.47

5. 3 桩长径比的影响 为 37.5 MPa 时，自振频率减小了 17.35%。当长径比
从 3 增大至 11 时，在 Winkler 地基中，表层土模量为
结合已有研究可知，表层土体模量对风机自振
12.5 MPa 时，自振频率减小了 20.89%；表层土模量
频 率 影 响 显 著 ，对 此 图 6 给 出 了 桩 长 径 比 在 3~11
为 25 MPa 时，自振频率减小了 18.32%；表层土模量
范围内，表层土弹性模量为 12.5、25 和 37.5 条件下
为 37.5 MPa 时，自振频率减小了 16.99%。在同一长
的风机系统自振频率变化。在实际工程中，土体的
径比下，风机自振频率随表层土模量增加而增大。
风化、侵蚀和沉积等因素会造成表层土厚度随地层
（2）从图 6（c）中可知，考虑土体阻尼的黏弹性
变化。对此，取表层土体厚度分别为 5、10 和 15 m，
Winkler 地 基 所 得 的 频 率 计 算 结 果 小 于 Winkler 地
研究桩长径比对风机自振频率的影响，具体结果如 基，且随着桩长径比增加，土体阻尼对自振频率偏移
图 7 所示。 的影响逐渐增大。
（1）从图 6（a）和（b）中可知，在黏弹性 Winkler 地 从图 7（a）和（b）中可知，在黏弹性 Winkler 地基
基和 Winkler 地基中，增大桩长径比会造成风机系统 中，当长径比从 3 增大至 11，表层土厚分别为 5、10
自振频率减小。随着长径比的增加，表层土模量变 和 15 m 时，风机系统自振频率分别减小了 18.98%、
化对自振频率的影响程度增大。当长径比从 3 增大 18.92% 和 18.93%。在 Winkler 地基中，当长径比从
至 11 时 ，在 黏 弹 性 Winkler 地 基 中 ，表 层 土 模 量 为 3 增大至 11，表层土厚为 5、10 和 15 m 时，风机系统
12.5 MPa 时，自振频率减小了 22.22%；表层土模量 自振频率分别减小了 18.49%、18.32% 和 18.25%。
为 25 MPa 时，自振频率减小了 18.92%；表层土模量 再次表明，增大桩长径比会造成风机系统自振频率