[發(fā)明專利]水下基礎(chǔ)沖刷發(fā)展過程及結(jié)構(gòu)防護(hù)性能的實(shí)驗(yàn)裝置和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310136831.0
• 申請(qǐng)日: 2023-02-20
• 公開（公告）號(hào): CN116104145A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李強(qiáng);王新泉;王康宇;刁紅國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙大城市學(xué)院
• 主分類號(hào): E02D33/00
• 分類號(hào): E02D33/00;E02B1/02
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發(fā)明涉及一種水下基礎(chǔ)沖刷發(fā)展過程及結(jié)構(gòu)防護(hù)性能的實(shí)驗(yàn)裝置和方法，包括步驟：將流槽與實(shí)驗(yàn)箱連接，流槽上安裝組合式造浪閘門；實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)裝載地基和標(biāo)記點(diǎn)陣和網(wǎng)格線，將沖刷防護(hù)結(jié)構(gòu)敷設(shè)于地基表面，并安裝基礎(chǔ)；開啟組合式造浪閘門制造波浪效應(yīng)；啟動(dòng)豎向加載模塊，對(duì)基礎(chǔ)施加荷載；通過拍照和錄像，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行記錄。本發(fā)明的有益效果是：能夠模擬無保護(hù)地基受到水流沖刷、有保護(hù)地基受到水流沖刷、不同形態(tài)和構(gòu)造的沖刷防護(hù)結(jié)構(gòu)等多種工況下水流沖刷對(duì)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)的影響；交變式流槽系統(tǒng)設(shè)有組合式造浪閘門，能夠模擬地基和基礎(chǔ)處的多重復(fù)合水力作用環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水下基礎(chǔ)沖刷發(fā)展過程及結(jié)構(gòu)防護(hù)性能的實(shí)驗(yàn)裝置和方法，同時(shí)對(duì)地基和沖刷防護(hù)結(jié)構(gòu)施加沖刷作用、對(duì)基礎(chǔ)施加荷載作用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并能對(duì)地基、沖刷防護(hù)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)變形的過程進(jìn)行捕捉分析，適用于實(shí)驗(yàn)?zāi)M并分析水下基礎(chǔ)等建筑物受到水流沖刷效應(yīng)、沖刷防護(hù)效應(yīng)及多維荷載效應(yīng)耦合作用的場(chǎng)景。

背景技術(shù)

位于近海或河湖內(nèi)的水下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，受到波浪、潮汐以及水流沖刷作用的影響，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)周圍的地基表層顆粒會(huì)被水流沖走，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)周圍形成帶有一定深度和形態(tài)的侵蝕坑。根據(jù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸、流體弗勞德系數(shù)、水產(chǎn)生的剪應(yīng)力及地基性質(zhì)的不同，極端工況下，侵蝕坑的深度有時(shí)可數(shù)倍于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的寬度/直徑，極大降低了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力，極易釀成工程事故。

通過在地基表面敷設(shè)沖刷防護(hù)結(jié)構(gòu)，可避免侵蝕坑的形成，從而有效保障基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)承載性能。同樣，在業(yè)已形成的侵蝕坑中回填沖刷防護(hù)材料，消除侵蝕坑，也能一定程度上恢復(fù)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)承載性能。水力沖刷作用形式、地基和沖刷防護(hù)結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)、水動(dòng)力強(qiáng)度、外荷載作用性質(zhì)、波浪形態(tài)、頻率及持續(xù)時(shí)間等的不同，將對(duì)建造于河、湖、海邊的建造物、構(gòu)筑物的基礎(chǔ)產(chǎn)生不同的影響。通過實(shí)驗(yàn)定量研究特定地基材料和基礎(chǔ)形式在不同流體水力環(huán)境下的沖刷發(fā)展過程，不同沖刷防護(hù)材料和防護(hù)結(jié)構(gòu)形式在特定水力環(huán)境下的工作性能，以及無防護(hù)沖刷下和沖刷防護(hù)作用下基礎(chǔ)承載性能的不同變化趨勢(shì)，是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分。但鑒于實(shí)際工程中的基礎(chǔ)尺寸過于龐大，通過原型實(shí)驗(yàn)對(duì)原型基礎(chǔ)進(jìn)行安裝、加載、測(cè)量和拔出等各個(gè)步驟耗時(shí)耗力，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果容易受自然因素，如溫度、天氣、水文、人為等的影響，單一參數(shù)的變化產(chǎn)生的作用和機(jī)理難以明確，因而在實(shí)際工程中對(duì)原型基礎(chǔ)開展實(shí)驗(yàn)研究是個(gè)難題。

因此，亟需一種水下基礎(chǔ)沖刷發(fā)展過程及結(jié)構(gòu)防護(hù)性能的實(shí)驗(yàn)裝置和方法，對(duì)沖刷破壞發(fā)展過程中地基、沖刷防護(hù)結(jié)構(gòu)形態(tài)和破裂面的發(fā)展變化，以及地基、沖刷防護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的遷移過程進(jìn)行高精度捕捉和描繪，對(duì)沖刷破壞以及沖刷防護(hù)過程的數(shù)值模擬和機(jī)理闡明進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種水下基礎(chǔ)沖刷發(fā)展過程及結(jié)構(gòu)防護(hù)性能的實(shí)驗(yàn)裝置和方法。

這種水下基礎(chǔ)沖刷發(fā)展過程及結(jié)構(gòu)防護(hù)性能的實(shí)驗(yàn)裝置，包括：交變式流槽系統(tǒng)，地基和沖刷防護(hù)系統(tǒng)，加載和測(cè)量系統(tǒng)，顆粒運(yùn)動(dòng)捕捉和視頻采集系統(tǒng)；

所述交變式流槽系統(tǒng)包括流槽，四條流槽相交于實(shí)驗(yàn)箱；所述流槽與實(shí)驗(yàn)箱相接處設(shè)有墊塊；流體在流槽中流動(dòng)；流槽內(nèi)設(shè)有組合式造浪閘門；

所述地基和沖刷防護(hù)系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)箱、地基、沖刷防護(hù)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)，所述實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)裝載有地基，實(shí)驗(yàn)箱表面和地基內(nèi)部均設(shè)有標(biāo)記點(diǎn)陣和網(wǎng)格線；地基內(nèi)摻有標(biāo)記顆粒或示蹤粒子；地基上部一定范圍內(nèi)敷設(shè)有沖刷防護(hù)結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)貫穿沖刷防護(hù)結(jié)構(gòu)伸入地基內(nèi)；

所述加載和測(cè)量系統(tǒng)通過加載支架安裝于實(shí)驗(yàn)箱上方，加載支架側(cè)面安裝有橫向電動(dòng)機(jī)，橫向電動(dòng)機(jī)連接橫向螺桿；加載支架頂面安裝有橫向滑軌和豎向電動(dòng)機(jī)，豎向電動(dòng)機(jī)下部連接有豎向滑軌、豎向螺桿和加載臂形成豎向加載模塊，橫向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)豎向加載模塊沿橫向滑軌滑動(dòng)，豎向加載模塊通過連接機(jī)構(gòu)連接基礎(chǔ)頂部；

所述顆粒運(yùn)動(dòng)捕捉和視頻采集系統(tǒng)安裝于實(shí)驗(yàn)箱側(cè)面和上部，包括激光掃描儀、高頻照相機(jī)和攝像機(jī)。