基于模型箱的水平双向循环荷载加载装置及试验方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107829451A(43)申请公布日2018.03.23(21)申请号201711109609.2(22)申请日2017.11.11(71)申请人广州环保投资集团有限公司地址510085广东省广州市越秀区东风东路733(1)号自编负二楼03自编之五房申请人浙江大学(72)发明人齐添吴宁李国民张金荣祝健钊(74)专利代理机构杭州中成专利事务所有限公司33212代理人周世骏(51)Int.Cl.E02D33/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称基于模型箱的水平双向循环荷载加载装置及试验方法(57)摘要本发明涉及海洋桩基工程研究领域，旨在提供一种基于模型箱的水平双向循环荷载加载装置及试验方法。该装置中的模型箱为顶部开口的立方体箱型结构，其内部填土层，土层表面上装水；在模型箱相邻的两条边缘上分别装有定滑轮。加载系统包括两套完全相同的加载组件用于力循环控制加载；监测系统包括数据收集器，数据收集器通过电缆分别连接至测力计、应变片和位移传感器。本发明能在模型箱中模拟海上桩基础受风暴荷载、波浪荷载等循环荷载效应。该装置实现了两个相互垂直的水平方向的循环加载，实现了真实模拟。通过改变荷载幅值、循环频率、循环次数等条件而输出不同的二维水平循环荷载，模拟多种自然条件下荷载的叠加。CN107829451ACN107829451A权利要求书1/2页1.一种基于模型箱的水平双向循环荷载加载装置，包括模型箱；其特征在于，还包括加载系统和监测系统，各系统的具体结构和连接关系为：所述模型箱为顶部开口的立方体箱型结构，其内部下侧装填土层，土层表面与箱体上缘之间的空间装水；在模型箱相邻的两条边缘上分别装有一个第一定滑轮；模型箱的中央设有一根模型桩，其下半部分竖直插入土层中；所述加载系统包括两套完全相同的加载组件：加载组件中有一个力循环控制加载装置，力循环控制加载装置包括固定的底座，底座上设置两个与转轴相连的支架；该转轴贯穿设于长方形平衡双梁上的通孔，使平衡双梁能以转轴为中心进行摆动；转轴两侧的平衡双梁是不对称的，其中稍短一侧平衡双梁的端部装有平衡砝码；稍长一侧平衡双梁的端部上方装有电机，电机轴竖直向下穿过平衡双梁的端部；一根水平方向的转杆，其一端固定在电机轴的端部，另一端固定装有一个砝码；在电机与平衡双梁的转轴之间，固定设有一个与转轴平行的横杆，横杆上装有第二定滑轮；平衡双梁上装有电机的一端远离模型桩，装有平衡砝码的一端靠近模型桩；第一钢绞线的一端通过第二定滑轮固定在底座上，另一端固定在模型桩顶部的拉环上；第二钢绞线的一端固定在模型桩顶部的拉环上，另一端通过第一定滑轮后连接配重砝码；第一钢绞线与第二定滑轮、模型桩、第二钢绞线、第一定滑轮所形成的连线是一条垂直于模型箱边缘的直线，且两套加载组件中的该连线也是相互垂直的；所述监测系统包括数据收集器，数据收集器通过电缆分别连接至测力计、应变片和位移传感器；其中，测力计有两个，分别装在两套加载组件中的第一钢绞线上；应变片有多个，粘贴在位于土层内的模型桩外侧的受荷载轴线上，并且在桩长方向均匀排列，在桩径方向上的排列与水平双向受荷方向相同；位移传感器装在模型桩与模型箱内壁之间的线缆上，该线缆位于第二钢绞线的下方。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在模型箱相邻的两条垂直边缘上各装有一根水平方向的长杆，所述第一定滑轮装在长杆的中间。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用于安装位移传感器的线缆有多根，每根线缆上各装有一个位移传感器；所述连线位于模型桩露出土层的部分，上下相邻两根线缆之间间隔10cm。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模型箱的四个侧面和底部均为钢板；四个侧面的底部设有均匀布置的排水孔，排水孔中装有滤网。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模型桩为空心钢管，与各应变片相接的电缆在穿过模型桩的内腔后与数据收集器相接。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模型桩顶部的拉环包括扣于模型桩顶部的钢制帽状本体，其外侧连接有相互垂直四个方向的圆形拉环。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据收集器是计算机。8.利用权利要求1所述装置进行波浪荷载加载试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)填土土层分为下层的砂砾层与上层的黏土层；先在模型箱中铺设厚度10cm的砂砾层，然后在砂砾层上铺设透水土工布，再装填黏土；黏土的装填按层进行，每填土15～20cm压实并注水，使土体充分饱和；静置后再填下一层黏土，每层土装填完成后，保证土层的表面水平，且2CN107829451A权利要求书2/2页在继续装填之前进行刮毛处理，避免人为分层；土层最终的上表面低于模型箱的上缘至少10cm