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李大勇教授团队在海上风电仿生鳞片吸力基础回收领域取得新进展，相关研究成果Extraction behaviors and soil migration patterns of bionic-scaled suction caissons in sand by injecting water、Extraction behavior of a scaled suction caisson in sand under water injection: effects of injection rate and prediction of extraction resistance均发表在2026年Ocean Engineering期刊上，该期刊是海洋工程领域国际顶级期刊。两篇论文第一作者均为博士生桑志远，通讯作者为李大勇教授，bevictor1946韦德官网为第一署名单位。该研究得到国家自然科学基金项目（52371301、52471289）的资助。
我国海上风能资源丰富，海上风电装机规模持续扩大。海上风机基础的设计服役寿命约25年，本世纪初安装的一批吸力基础正陆续进入退役期，如何把基础完整拔出并实现再利用，成为降低全寿命周期成本、减少海底遗留物的现实问题。
吸力基础形如倒置的水桶，顶部封闭、底部敞开，回收时向基础内部注水，借助内外压差把基础顶出海底。仿生鳞片式吸力基础（bionic-scaled suction caisson，SSC）是在外壁布置仿蛇鳞凸起的新型基础型式，我们已有研究证实了其可降低沉贯阻力、提高承载性能；但鳞片与砂土的机械咬合会使回收过程明显区别于常规吸力基础。回收阻力如何形成、土体如何响应、注水速率如何影响、又该如何预测所需注水压力，是回收设计亟需回答的问题。围绕上述问题，团队开展了系统的模型试验研究。
（1）回收阻力特征与能量耗散
模型试验显示，两类基础的回收阻力均先快速上升至峰值、随后下降，但峰后形态不同。常规基础近似线性衰减，峰值阻力对注水速率不敏感；仿生基础则先陡降、后缓降，呈凹形衰减。在最小和最大注水速率下，仿生基础的峰值回收阻力分别比常规基础高30.0%和117.8%；最大注水速率下，其最终拔出位移比常规基础低6.29%。对注水压力做功的分解表明，机械功沿自重阻力、侧壁摩擦与集中附加耗散三条路径耗散，其中鳞片与砂土咬合引起的附加耗散占注水压力机械功的27.6%—49.0%，而常规基础回收中不存在这部分耗散。鳞片结构在服役期带来的承载优势，在回收期转化为额外阻力。
（2）土体运移规律
采用粒子图像测速（PIV）技术捕捉基础周围土体的运移路径。回收过程中，鳞片凸起把砂土向上带出，形成明显的土体隆起，水平影响范围达1.69倍基础直径；常规基础周围几乎观察不到隆起。回收后的颗粒级配分析显示，0.08—0.50 mm的细颗粒由基础内部迁移至隆起区表层，使隆起土体的级配发生改变。据此，提出了两阶段土体运移假设：峰前阶段以固结沉降、土塞下沉与鳞片—土体咬合为主，峰后阶段以渗流侵蚀为主，细颗粒自基础端部附近的薄弱区向上运移至隆起区。
（3）注水速率效应
注水速率是回收过程的控制参数。试验表明，仿生基础的峰值注水超压随速率提高而增大，最高速率下的峰值超压为最低速率的2.17倍；常规基础则基本不受速率影响，全程仅增加7.5%。高注水速率下，砂颗粒来不及越过鳞片凸起，在鳞片间累积、压密，机械咬合增强，使仿生基础的拔出速度降低约13.6%；其引起的土体隆起也随速率增大而扩展，影响范围可达1.69倍基础直径，常规基础则无可测隆起，且与注水速率无关。
（4）考虑注水速率的回收阻力预测模型
建立了考虑注水速率的回收阻力预测模型。模型引入弗劳德数描述速率效应，把回收所需的注水压力拆分为静力平衡项与速率惯性修正项：前者由基础自重、侧壁摩阻等静力分量组成，后者通过随速度变化的界面摩擦角与附加惯性项计入注水速率的影响，使不同比尺、不同注水速率下的结果可以在同一无量纲框架内比较。模型在三组仿生基础回收试验中的预测误差分别为17.3%、16.1%和18.3%；与文献中的现场试验、模型试验结果对比，误差多在20%左右。相比之下，不计注水速率的原公式在最低注水速率下的误差可达40.4%，速率修正是提高预测精度的关键。
该模型可用于在方案设计阶段估算不同注水速率下所需的注水压力与拔出位移。研究给出了工程应用流程：确定原型注水速率并计算弗劳德数，用无量纲公式估算所需注水压力，对无量纲系数开展敏感性分析，重要设计还应结合现场数据或离心模型试验复核。
论文信息：
[1] Sang Z, Qi C, Li D, Zhang Y. Extraction behaviors and soil migration patterns of bionic-scaled suction caissons in sand by injecting water. Ocean Engineering, 2026, 369: 129119.
[2] Sang Z, Zhang Y, Li D. Extraction behavior of a scaled suction caisson in sand under water injection: effects of injection rate and prediction of extraction resistance. Ocean Engineering, 2026, 368: 128597.
论文链接：
[1] https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2026.129119
[2] https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2026.128597
