[發明專利]一種適用于模擬水下多點地震輸入的波-流耦合試驗裝置

在審

• 申請號: 201811247413.4
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109357829A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 柳國環;黃偉緯
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G01M10/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明提供一種適用于水下多點地震輸入的波?流耦合試驗裝置，包括：兩個蓄水池、試驗水槽、造流平臺、造流裝置、造波裝置、位于試驗水槽內的振動臺和消波板，其特征在于，兩個蓄水池一個是主蓄水池，一個是L形蓄水池，造流平臺置于L形蓄水池的靠內一側，在造流平臺上設置有開設有口的第二豎向擋板，造流裝置置于兩個豎向擋板之間的造流平臺上，其出口連通到第二豎向擋板上的開口處；試驗水槽的底部一側與主蓄水池相連通，另一側與造流平臺相連通，在試驗水槽底部靠中間位置留有開口區域，在所述開口區域布置振動臺；造波裝置和消波板分別位于試驗水槽的兩邊。本發明既能夠在多點地震激勵，也能夠實現地震動?波浪?水流耦合作用。

技術領域

本發明主要涉及土木和水利工程學科防震減災領域，具體而言，是涉及一種適用于模擬水下多點地震輸入的波-流耦合試驗裝置。

背景技術

2018年，我國地震工程領域首個國家重大科技基礎設施——大型多點地震工程模擬研究設施，由天津大學牽頭建設。該裝置總建筑面積預計達7.7萬平方米，建設周期為5年，建設完成后，將為世界重大工程的抗震研究提供有效平臺。在此背景下，一些長大結構(如：跨海大橋、海底隧道和大型水電站等)，是需要考慮地震波在傳播過程中的產生的多點波動效應(如：行波效應、衰減效應、場地效應和相干效應等)，這是因為，這些效應造成結構的不同部位受到不同的地震波作用不容忽視。于是，要進行多點地震試驗來模擬此類長大結構的地震響應。但是，隨著工程技術水平的發展和人們對于結構安全性要求的提升，當前已有的多點地震試驗裝置尚無法提供更加科學可靠的地震試驗分析，這是由于對于水域環境下的長大結構而言，其需要同時考量在多種因素(地震動-波浪-水流耦合)作用下的多點地震研究分析。因為對于海上結構而言，受到環境影響的因素十分復雜。其復雜之處在于，不僅要考慮多點地震作用，還要考慮波浪和水流作用：波浪是水質點的振動引起的能量傳遞，水流是水質點的運動位移產生的沖擊作用，分別屬于不同的荷載，都能夠對結構產生影響。

然而，現有地震模擬振動臺的應用仍然具有一定的局限性，主要集中于以下幾種情況：(1)只能實現地震動的一致輸入(單點)，但不能實現水下地震振動臺模擬；(2)可以實現地震動的一致輸入(單點)，并且能夠實現水下單點振動臺模擬，但是不能實現水下多點振動臺模擬；(3)雖然可以實現地震動的多點輸入，但是不能同時考慮水域環境下多種因素(波浪和水流耦合)作用下的地震研究分析。并且，對于已有的振動臺陣能夠滿足多維多點激勵的需求，也是受限于振動臺安裝的位置和形式，只能模擬橋梁等離散形式的多點輸入，不能研究如水電站和大壩等考慮離散多點輸入來模擬地震動的實際連續輸入的問題。而在實際工程情況中，水域環境往往復雜多變，并且結構具有跨度大的特點。因此，地震的多點波動效應和復雜環境因素的影響必須充分考慮在內，才能更加科學可靠的實現水域長大結構的地震試驗模擬和分析。

總體而言，現有的地震模擬裝置不能解決上述問題。目前缺少一種既能夠應用在單點地震激勵，也能應用在多點地震激勵，同時能夠實現地震動-波浪-水流耦合作用的地震試驗模擬裝置。

發明內容

本發明為解決目前缺少一種既能夠應用在單點地震激勵，也能應用在多點地震激勵，同時能夠實現地震動-波浪-水流耦合作用的地震試驗模擬裝置的問題，提供了一種適用于模擬水下多點地震輸入的波-流耦合試驗裝置。該裝置能夠滿足振動臺各種布置形式的應用，也能夠實現地震動-波浪-水流耦合作用。本發明采取以下技術方案：

一種適用于水下多點地震輸入的波-流耦合試驗裝置，包括：兩個蓄水池、試驗水槽、造流平臺、造流裝置、造波裝置、位于試驗水槽內的振動臺和消波板，其特征在于，兩個蓄水池一個是主蓄水池，一個是L形蓄水池，造流平臺置于L形蓄水池的靠內一側，通過造流平臺和第一豎向擋板形成L形蓄水池，在造流平臺上設置有開設有口的第二豎向擋板，造流裝置置于兩個豎向擋板之間的造流平臺上，其出口連通到第二豎向擋板上的開口處；

所述試驗水槽的底部高于主蓄水池，一側與主蓄水池相連通，另一側與造流平臺相連通，在試驗水槽底部靠中間位置留有開口區域，在所述開口區域布置振動臺；兩個蓄水池的下部通過連通管相連通；