[發明專利]實時監測樁基沖刷深度的裝置及其監測方法

有效

• 申請號: 202110383447.1
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113029054B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 陳旭光;盧光坤;杜文博;解安琪;陳常龍;牛小東
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01B17/00
• 分類號: G01B17/00;G06F30/20;G08C17/02;H02J7/35;E02D33/00;E02D27/12
• 代理公司: 濟南領升專利代理事務所(普通合伙) 37246
• 代理人: 王吉勇

本發明公開了一種實時監測樁基沖刷深度的設備及其監測方法，監測設備包括傳感器組、數據采集儀、數據處理設備、太陽能板及蓄電池、激振設備。具體實施時：激振設備對樁基施加激振，通過感應、采集和數據處理設備獲取樁基實測模態后，結合相應的有限元數值模型模態，構建交叉模型交叉模態方程；通過方程的單元剛度修正系數α_n辨識土體單元損傷數量，進一步得到樁基周圍沖刷深度。本發明可實現水上監測樁基沖刷深度的目的，同時可實時監測樁基投產后全壽命期內的沖刷深度變化情況，解決了傳統人工潛水監測沖刷深度的困難，規避了由于樁基沖刷深度不確定帶來的潛在風險，還具有可操作性好、節省勞動力、適應性強等優點。

技術領域

本發明涉及樁基穩定性分析及防災減災技術領域，具體涉及一種實時監測樁基沖刷深度的裝置及其監測方法。

背景技術

21 世紀是海洋的世紀，海上風電場的建設是海洋資源利用開發的重要組成部分，大直徑管樁單樁因施工流程簡單、造價低，是近海風機基礎的主要形式。面對嚴苛的海洋環境和復雜的海底土性，單樁基礎在服役期間不可避免地會受到浪流對樁基周圍土體的沖刷，形成沖刷坑。樁基周圍的土體對單樁約束作用減小，影響基礎的承載穩定性，樁基模態發生改變，產生基礎傾覆的風險。沖刷坑深度是樁基沖刷現象的重要因素，沖刷坑深度的實時監測是有效規避風險的重要舉措。

樁基沖刷深度的檢測費用昂貴，直接潛水測量沖刷坑深度難度巨大且十分危險。國內外學者為樁基沖刷深度的研究提供了大量的理論技術支持和寶貴的實踐經驗，當前對于沖刷深度的研究主要通過理論計算、模型試驗及數值模擬等方法提出沖刷深度預測經驗公式。現有研究方法和檢測手段不具有實時監測效果、水下作業困難且危險、無成套監測系統設備、結果存在較大誤差。

為解決上述問題，已有相關專利被公開，如中國專利公開CN 106052604 A、CN109239700 A、CN 109610528 A、CN 110398210 A、CN 110470447 A、CN 111561974 A、CN112082527 A等，均為沖刷深度的研究提供了方向及思路，同時，何少陽，基于時變模態參數的橋墩沖刷深度辨識方法研究[D]，哈爾濱工業大學，2016也公開了針對沖刷深度的研究，但上述技術仍存在許多不足，如整體結構復雜不便于實施、不具有實時監測效果、無成套監測系統設備等缺陷。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種實時監測樁基沖刷深度的裝置及其監測方法，裝置成套使用，且能實時監測沖刷產生、治理前后沖刷深度的變化。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

實時監測樁基沖刷深度的裝置，包括傳感器組、數據采集儀、數據處理設備、激振設備和供電設備，所述激振設備固定在被測樁基上、用于對樁基施加激振，傳感器組固定在樁基的側壁上、用于感應激振設備對樁基施加激振后產生的振動響應，數據采集儀與傳感器組連接、用于采集和初步處理傳感器組得到的信號，數據處理設備與數據采集儀連接、用于對數據采集儀采集和處理的信號進一步處理最終得到樁基的模態，供電設備與傳感器組連接、為傳感器組提供電力；

所述激振設備為激振器系統或船拉式激振設備，激振器系統由信號發生器、功率放大器和激振器組成，且激振器系統固定剛接于樁基內壁上且位于水面以上；船拉式激振設備通過拖拉方式對樁基加載以獲得樁基的振動響應。

激振器系統的加載方向為水平方向。信號發生器用于提供激振器所需要的激勵信號源，一般采用隨機信號，可提供隨機（白噪音）、寬帶隨機或窄帶隨機信號等多種類型的信號，由于信號發生器提供的激勵信號一般能量很小，無法直接推動激振器，所以必須經過功率放大器進行功率放大后轉換為具有足夠能量的電信號，才能驅動激振器工作；激振器優選使用接觸式電動力式激振器。