嵌入式拖錨貫入行為數值模擬

依循台灣國內對離岸風場開發之規劃，目前處於第三階段區塊開發，台灣西部海域近岸離岸風場開發逐漸趨於飽和，開發場址從淺水區域逐步往水深大於50公尺之過渡深水區域發展。較深的水深環境條件可提供浮動平台更高之穩定性，加上全球離岸風力發電機容量日益增大，其重量與體積的增加勢必會提高固定式水下基礎材料體積，增加經濟成本。因此在水深較深之區域，浮動式離岸風機可能相較於固定式基礎離岸風機，更具有經濟上的優勢。在浮式離岸風機水下基礎結構型式中，嵌入式拖錨DEA(圖1)相較於其它基礎型式，具有成本低、易於施工安裝且可回收利用之優勢。

目前國內缺乏浮式結構水下基礎安裝之經驗，加上嵌入式拖錨本身於安裝階段存在之不確定性，本研究以台灣西部海域土壤條件為研究對象，透過有限元素模擬軟體ABAQUS/Explicit分析嵌入式拖錨於特定土壤條件下的拖曳貫入運動與力學行為，搭配Coupled Eulerian-Lagrangian method (CEL)以模擬嵌入式拖錨受拖曳貫入時，土壤所發生之大變形行為(圖2)。

本研究透過重現Zhao & Liu (2014)以及Dou & Yu (2018)之模擬成果，以驗證有限元素數值分析模型，並透過針對網格收斂性分析給予數值模型建議網格尺寸。最後再以參數敏感性分析，評估土壤模型參數給定條件對模擬成果之影響。 由於我國離岸風場過渡深水區域之土壤鑽探資料缺乏，本研究透過台灣西部海域近岸淺層之凝聚性與非凝聚性土壤條件，考量有限元素分析之局限性，透過將非凝聚性土壤等效化為凝聚性土壤，並以數值模擬分析嵌入式拖錨於單向勻速拖曳條件下之運動行為，且將模擬成果與極限平衡分析法及塑性限度分析法所得之理論預測成果進行比較，探討本研究模擬所得之貫入軌跡與承載能力分析成果準確性。分析結果顯示本研究模擬成果與理論預測之成果具有一致性。

圖1 嵌入式拖錨DEA示意圖

圖2 嵌入式拖錨有限元素數值模型