[發(fā)明專利]適用于液化地層的吸力式沉箱結(jié)構(gòu)模型試驗裝置及方法

在審

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• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109056856A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 武科;張前進;崔帥帥;于雅琳;趙嘉輝;張政;厲雅萌
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發(fā)明公開了一種適用于液化地層的吸力式沉箱結(jié)構(gòu)模型試驗裝置及方法，包括水容器結(jié)構(gòu)；所述的水容器結(jié)構(gòu)安裝在兩根支架上，且在所述的兩根支架上設有刻度標記；所述的水容器結(jié)構(gòu)的底部通過一個水管與一個用于盛裝吸力式沉箱結(jié)構(gòu)的吸力式沉箱結(jié)構(gòu)容器底部相連；所述的用于盛裝吸力式沉箱結(jié)構(gòu)的容器安裝在一個電伺服振動試驗臺上，所述的電伺服振動試驗臺由控制系統(tǒng)控制其振動頻率。該試驗裝置能夠有效地模擬不同水頭差異和動荷載效應作用下的海洋吸力式沉箱基礎結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，具有試驗裝置成本低，試驗方法易操作，試驗效果好等優(yōu)點，為研究易液化的軟弱地層或深海地區(qū)水下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，提供了重要的科研技術(shù)手段。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及巖土工程技術(shù)領域，尤其在深海區(qū)域能源開采平臺基礎結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析，提供了一種適用于液化地層中海洋吸力式沉箱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的模型試驗裝置及方法。

背景技術(shù)

吸力式沉箱基礎結(jié)構(gòu)是一種底端敞開、上端封閉的大直徑鋼質(zhì)圓桶結(jié)構(gòu)，具有造價低、可重復使用等優(yōu)勢，在深水海洋平臺工程中的應用越來越多。然而，波浪循環(huán)荷載、海流引起的沖刷與地震作用等均會影響海洋基底的承載力，進而危及吸力式沉箱結(jié)構(gòu)的安全。

在深海地區(qū)采用吸力式沉箱基礎作為海洋平臺的基礎結(jié)構(gòu)，其地基穩(wěn)定至為重要；若在不同動荷載作用下海洋地基基礎發(fā)生液化作用，致使地基基礎不穩(wěn)，極易造成吸力式沉箱基礎結(jié)構(gòu)傾覆變形，從而危及上部海洋平臺人員生命安全和損壞生產(chǎn)設備。與此同時，海洋環(huán)境不同于陸地，其環(huán)境因素多變復雜，然而靜荷載作用下的吸力式沉箱基礎穩(wěn)定性模型試驗已不能保證深海液化地基上的海洋平臺的穩(wěn)定性分析，這就制約了吸力式沉箱結(jié)構(gòu)研究和設計的發(fā)展。為此，研發(fā)適用于液化地層中海洋吸力式沉箱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的模型試驗裝置，以滿足易液化的軟弱地層或深海地區(qū)水下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種適用于液化地層中海洋吸力式沉箱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的模型試驗裝置，該試驗裝置能夠有效地模擬不同水頭差異和動荷載效應作用下的海洋吸力式沉箱基礎結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，具有試驗裝置成本低，試驗方法易操作，試驗效果好等優(yōu)點，為研究易液化的軟弱地層或深海地區(qū)水下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，提供了重要的科研技術(shù)手段。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種適用于液化地層中海洋吸力式沉箱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的模型試驗裝置，包括水容器結(jié)構(gòu)；所述的水容器結(jié)構(gòu)安裝在兩根支架上，且在所述的兩根支架上設有刻度標記；所述的水容器結(jié)構(gòu)的底部通過一個水管與一個用于盛裝吸力式沉箱結(jié)構(gòu)的吸力式沉箱結(jié)構(gòu)容器底部相連；所述的用于盛裝吸力式沉箱結(jié)構(gòu)的容器安裝在一個電伺服振動試驗臺上，所述的電伺服振動試驗臺由控制系統(tǒng)控制其振動頻率。

進一步的，在所述的兩根鋼支架且其上每隔一段距離均勻布設一個鋼條作為卡尺。

進一步的，所述的電伺服振動試驗臺，包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)與動力系統(tǒng)連接，動力系統(tǒng)與用于設置試樣的振動臺連接，所述振動臺包括間隔設定距離設置的主動輥和從動輥，主動輥通過傳動機構(gòu)與動力系統(tǒng)連接，主動輥和從動輥之間設置傳送帶，所述的用于盛裝吸力式沉箱結(jié)構(gòu)的容器設于傳送帶表面，動力系統(tǒng)帶動用于盛裝吸力式沉箱結(jié)構(gòu)的容器在水平方向的往復運動，通過往復運動產(chǎn)生振動，與實際海洋波浪在海床作用相符。

所述動力系統(tǒng)為電機，電機與功率調(diào)速器相連，該調(diào)速器與控制系統(tǒng)連接，從而控制主動輥的旋轉(zhuǎn)速度；

進一步的，所述傳動機構(gòu)為皮帶傳動機構(gòu)，所述的皮帶傳動機構(gòu)包括一個皮帶，在所述的主動輥的一側(cè)設有多個所述皮帶配合的皮帶輪，多個皮帶輪的尺寸大小相異，從而進一步獲得不同大小的推力F，拓寬了裝置能提供的推力大小。

進一步的，在不同水壓差作用下，進行吸力式沉箱結(jié)構(gòu)動荷載的試驗方法，如下：

1.將吸力式沉箱結(jié)構(gòu)容器填滿海砂，并安裝吸力式沉箱結(jié)構(gòu)；安裝時，吸力式沉箱結(jié)構(gòu)敞口端朝下安裝；