的布满小孔的透水板，上覆土工织物，然后将0.55m厚的地基土样至于其上。模型箱顶盖接进水阀和进水管道，底部接出水阀和出水管道。变频增压水栗的进水口连接水源，其出水口连接模型箱进水管道。模型箱内壁设若干水平环形凹槽，宽度2mm，深度Imm，并对内壁进行喷砂处理增加粗糙度。
[0060]本发明所述长期水平循环荷载下海洋工程粧基础试验模拟设备的试验方法，其特征在于:包括如下步骤:
[0061]I)在下筒6的透水板13上铺设两层土工织物，然后将饱和砂土置于其上，插入海上风机上部结构模型3至规定深度;安装上筒5，不盖顶盖4，关闭出水阀10，向密闭承压模型箱内注水直至与顶盖4齐平；
[0062]2)盖上顶盖4，打开进水阀9和排气阀11;关闭出水阀10和泄水阀12;打开增压变频水栗8，设置初始水压为0.1MPa，待排气孔有水冒出时关闭排气阀11;调整增压变频水栗8出水压力，直至防水抗压型力传感器31稳定到0.SMPa时，保持增压变频水栗8压力不再变化。静置I小时后打开出水阀10。再静置I小时，使达到稳定渗流；
[0063]3)启动测量系统D，进行数据采集；
[0064]4)启动位移控制加载系统B或力控制加载系统C，施加设计荷载模拟海风和海浪作用；
[0065]5)试验结束后，打开出水阀1和泄水阀12放水。
【主权项】
1.长期水平循环荷载下海洋工程粧基础试验模拟设备，其特征在于:包括为饱和砂土地基(I)提供源源不断的压力水，使得砂土地基中形成均匀的渗流场，从而模拟超重力环境的渗透力系统(A);对海上风机上部结构模型(3)施加水平循环荷载的位移控制加载系统(B)和力控制加载系统(C);用于测量进入饱和砂土地基前的水压、海上风机上部结构模型(3)和粧模型的位移、粧模型的应变、砂土表面位移的测量系统(D);用于给所述渗透力系统(A)、位移控制加载系统(B)、力控制加载系统(C)和测量系统(D)进行供电，保证各个系统能够长期稳定运行的不间断电源系统(E); 所述渗透力系统(A)包括由顶盖(4)、上筒(5)、下筒(6)和底座(7)组成的密闭承压模型箱，通过进水阀(9)连接在顶盖(4)上的增压变频水栗(8)，设置在顶盖(4)上的排气阀(11)，设置在底座(7)上的出水阀(10)，设置在下筒(6)上部的泄水阀(12)，在上筒(5)上部对称地设置四个法兰盘(15);压力水通过增压变频水栗(8)由密闭承压模型箱顶部进水阀(9)压入饱和砂土地基(I)和饱和砂土地基(I)下部的透水板(13)后，从密闭承压模型箱底部出水阀(10)排出；增压变频水栗(8)持续地将压力水从顶部送入密闭承压模型箱，保证入土前密闭承压模型箱内的水压恒定;稳定后，能够实现土体内的稳定渗流，从而保证模型的应力应变与原型一致； 所述位移控制加载系统(B)和力控制加载系统(C)根据不同的试验方案选择其一使用；所述位移控制加载系统(B)包括通过托盘(18)和法兰盘(15)固定于密闭承压模型箱侧壁上的减速电机(I7)，减速电机(17)的转轴与偏心轮(I9)连接，穿过法兰盘(I5)中心的水平杆(21)通过连接杆(20)与偏心轮(19)连接;水平杆(21)穿入密闭承压模型箱侧壁处设置有动密封圈(23);在水平杆(21)端部连接一段弹簧(22)，并将弹簧(22)与海上风机上部结构模型(3)相连;减速电机(17)转动带动偏心轮(19)转动，通过连接杆(20)的传动，使水平杆(21)以相同的位移做水平往复运动；由于弹簧(22)与水平杆(21)连接，其伸长量等于水平杆(21)的位移，所述力控制加载系统(C)包括通过法兰盘(15)固定于密闭承压模型箱侧壁外的液压油缸(24)，液压油缸(24)的加载杆(30)通过动密封圈(23)穿过密闭承压模型箱侧壁作用于海上风机上部结构模型(3)，加载杆(30)端部安装防水抗压型力传感器(31)，油箱(27)的出油口通过管路依次连接油栗(28)、伺服溢流阀(25)和液压油缸(24)的进油口，液压油缸(24)的出油口连接冷却过滤器(26)，冷却过滤器(26)连接油箱(27)的进油口 ；液态油从油箱(27)流出，经过油栗(28)加压和伺服溢流阀(25)的压力调节后进入液压油缸(24)，推动加载杆(30)水平运动;为保证加载杆(30)施加在海上风机上部结构模型(3)的力恒定，根据防水抗压型力传感器(31)实时反馈的信息，控制柜(29)调节油栗(28)出油的压力，并调整伺服溢流阀(25)的压力限额，当油压超过该限额时，伺服溢流阀开启，进行泄压；通过控制柜(29)调节油栗(28)和伺服溢流阀(25)，还能改变力的频率、幅值和波形参数;为避免长期运行中油温升高、油中掺入杂物而导致的事故，从液压油缸(24)流出的油需先经过冷却过滤器(26)，再进入油箱(27)重复使用； 所述测量系统(D)固定于顶盖(4)上的水压力传感器(32)，固定于饱和砂土地基(I)泥面处的防水抗压型LVDT位移传感器(33)，安装于密闭承压模型箱的顶盖(4)下部的两个防水抗压摄像头(35)，贴在插入饱和砂土地基(I)内的每个粧身上的多个应变片(34); 所述不间断电源系统(E)包括大容量UPS(36)以及连接大容量UPS(36)与渗透力系统(A)、位移控制加载系统(B)、力控制加载系统(C)和测量系统(D)的电缆(37)。2.根据权利要求1所述的长期水平循环荷载下海洋工程粧基础试验模拟设备，其特征在于:所述密闭承压模型箱的顶盖(4)上开有耐压玻璃观察窗(14)。3.根据权利要求1所述的长期水平循环荷载下海洋工程粧基础试验模拟设备，其特征在于:所述下筒(6)内壁设置若干平行的水平凹槽圈(16)，阻止水沿侧壁竖向流动。4.根据权利要求1所述的长期水平循环荷载下海洋工程粧基础试验模拟设备，其特征在于:所述下筒(6)内壁进行喷砂，保证内壁有一定的粗糙度，与土样有效贴合。5.根据权利要求1所述的长期水平循环荷载下海洋工程粧基础试验模拟设备，其特征在于:所述多个应变片(34)的数量为6个。6.根据权利要求1所述的长期水平循环荷载下海洋工程粧基础试验模拟设备，其特征在于:所述大容量UPS (36)的后备时间为8小时，输出功率为3KVA。7.权利要求1所述长期水平循环荷载下海洋工程粧基础试验模拟设备的试验方法，其特征在于:包括如下步骤: 1)在下筒(6)的透水板(13)上铺设两层土工织物，然后将饱和砂土置于其上，插入海上风机上部结构模型(3)至规定深度;安装上筒(5)，不盖顶盖(4)，关闭出水阀(10)，向密闭承压模型箱内注水直至与顶盖(4)齐平； 2)盖上顶盖(4)，打开进水阀(9)和排气阀(11);关闭出水阀(10)和泄水阀(12);打开增压变频水栗(8)，设置初始水压为0.1MPa，待排气孔有水冒出时关闭排气阀(II);调整增压变频水栗(8)出水压力，直至防水抗压型力传感器(31)稳定到0.SMPa时，保持增压变频水栗(8)压力不再变化。静置I小时后打开出水阀(10)。再静置I小时，使达到稳定渗流； 3)启动测量系统(D)，进行数据采集； 4)启动位移控制加载系统(B)或力控制加载系统(C)，施加设计荷载模拟海风和海浪作用； 5)试验结束后，打开出水阀(10)和泄水阀(12)放水。
【专利摘要】本发明公开了一种长期水平循环荷载下海洋工程桩基础试验模拟设备及方法，该设备包括为饱和砂土地基提供源源不断的压力水，使得砂土地基中形成均匀的渗流场，从而模拟超重力环境的渗透力系统；对海上风机上部结构模型施加水平循环荷载的位移控制加载系统和力控制加载系统；用于测量进入饱和砂土地基前的水压、海上风机上部结构模型和桩模型的位移、桩模型的应变、砂土表面位移的测量系统；用于给所述渗透力系统、位移控制加载系统、力控制加载系统和测量系统进行供电，保证各个系统能够长期稳定运行的不间断电源系统；本发明还公开了该设备的试验方法；本发明适用范围广，可用于石油平台、海上风机等多种海洋工程结构。
【IPC分类】E02D33/00
【公开号】CN105604106
【申请号】CN201610137300
【发明人】卢雯珺, 张嘎
【申请人】清华大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月10日