[發明專利]能夠制備各向異性砂土試樣的單樁循環加載模型試驗系統

有效

• 申請號: 201710187540.9
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN106840805B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 黃茂松;顧曉強;劉麟;張陳蓉;于鋒
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/36;G01N3/38
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

本發明涉及一種能夠制備各向異性砂土試樣的單樁循環加載模型試驗系統，包括模型箱制備裝置、單樁水平循環加載裝置和滑軌，模型箱制備裝置包括模型箱機構、砂雨法機構和撒砂機構，模型箱機構與滑軌滑動連接，砂雨法機構和單樁水平循環加載裝置分別依次架設在滑軌的上方，撒砂機構設于砂雨法機構上。與現有技術相比，本發明可完成不同各向異性的砂土制取，可調整撒砂高度以改變試樣的密實度，料斗在撒砂過程中可由機械操作省時省力且保證試樣的均勻性；可實現單樁循環模型試驗中水平循環荷載精確控制和連續穩定輸出；撒砂的支撐架也可以作為沉樁裝置；制樣裝置與加載試驗裝置一體化，功能齊全，操作簡便。

技術領域

本發明涉及巖土工程物理模擬技術領域，尤其是涉及一種能夠制備各向異性砂土試樣的單樁循環加載模型試驗系統。

背景技術

近年我國加快了對海上風力發電項目開發利用的步伐，大直徑單樁基礎以安裝簡便、施工速度快、經濟性好等優點成為目前海上風電場利用率最高的海上風電機組基礎形式，文獻“Doherty P,Gavin K.The shaft capacity of displacement piles in clay:Astate of the art review.International Journal of Geotechnical and GeologicalEngineering,2011,29(4):389-410”指出已建成海上風電基礎75％為大直徑單樁基礎，隨著我國海上風電建設的快速發展，大直徑單樁基礎將在我國得到更廣泛的應用。

目前大直徑單樁基礎的設計基本上沿用API規范與DNV規范等適用于傳統小直徑樁基礎的設計方法，從而受到了廣泛質疑。現行大直徑單樁基礎設計方法嚴重滯后于工程實踐的矛盾日益突出，因此研究大直徑單樁基礎在水平靜力及循環荷載作用下的變形特性與機理具有重要的現實意義。

現場試驗能夠真實的反映樁基實際的工作特性，是目前所有研究樁基受力及變形特性方法中最好的手段。但由于現場試驗的代價高昂，且對邊界條件的控制較難，因而其開展的數量有限且發展也十分緩慢。此外，現場試驗中的試驗樁受到的水平循環荷載作用的次數一般只有幾百次，而對于在其正常工作年限內遭受成千上萬次波浪荷載作用的海上風機樁基礎而言，目前現場試樁的循環次數實在太少。

室內模型試驗是樁基礎研究的重要手段，室內模型實驗主要有1g條件下的模型試驗和土工離心機試驗。通過土工離心機試驗，可以獲得較好的模型相似關系，但是離心機試驗成本較高，而且循環次數有限，目前應用最廣的是1g(常重力)條件下的模型試驗，通過參數無量綱化可以建立1g模型試驗與現場原型之間的對應關系，如文獻“LeBlanc C,HoulsbyG T,Byrne B W.Response of stiff piles in sand to long-term cyclic lateralloading.Geotechnique,2010,60(2):79-90”所提出的無量綱化做法。目前關于單樁長期水平循環的加載裝置基本上都類同與上述LeBanc等(2010)文獻所研制的設備，該設備無法制備各向異性(不同沉積角度)的砂土試樣，且該設備試驗誤差較大，自動化程度較低。因此迫切需要一種能夠制備各向異性砂土試樣的單樁循環加載模型試驗系統，包括能制備均勻且密實度不同的各向異性砂土地基的模型箱制備裝置，以及精度高、響應快、加載穩定且能完成大數目循環加載的單樁水平循環加載裝置。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種能夠制備各向異性砂土試樣的單樁循環加載模型試驗系統，包括一套能制備均勻且可改變密實度的各向異性砂土地基的模型箱制備裝置，和精度高、響應快、加載穩定且能完成大數目循環加載的單樁水平循環加載裝置，模型箱制備裝置可完成不同各向異性(沉積角度)的砂土制取，可調整撒砂高度以改變試樣的密實度，料斗在撒砂過程中可由機械操作省時省力且保證試樣的均勻性；單樁水平循環加載裝置可實現單樁循環模型試驗中水平循環荷載精確控制和連續穩定輸出；撒砂的支撐架也可以作為沉樁裝置；制樣裝置與加載試驗裝置一體化，功能齊全，操作簡便。