一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置

本发明涉及模拟试验装置，特别是涉及一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置。

背景技术：

1、为不改变地貌形态，减少对生态破坏影响，光伏水力蓄能电站和渔光一体等高水位光伏项目常采用预制桩。因静冰压力作用产生的桩基础倾倒，甚至剪断事件，时有发生。

2、寒地高水位光伏基础一般采用桩径300mm的预制桩，常安置在水库、湖泊及沼泽地带，考虑到其所在地域物候与气候特点，其静冰荷载多为温度膨胀力。冰的温度膨胀力与结构物形状、刚度、材料、结构对冰的约束边界条件、冰温、温变率和温变时程等因素密切相关。预制桩产生的变形弯曲、平移、振动依赖于冰对预制桩的作用力，特别是依赖于作用中冰在破坏时所产生的极限压力，这种作用力的分析，对于保证桩基础的安全和稳定是至关重要的。因而在冰和结构相互作用领域内进行的基础工作之一是确定冰在与结构相互作用时的破坏力。冰的破坏力为结构的承载提供了设计的基本参数和为结构的安全稳定性的计算提供了边界条件和初始条件。

3、现有技术中尚且缺乏针对冰荷载对预制桩的试验装置，无法冰荷载对预制桩影响的模拟试验。

4、因此，亟需一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，用来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，包括：

3、模拟箱体；

4、环境模拟系统，所述环境模拟系统包括地基组件和供水组件，所述地基组件铺设在所述模拟箱体内部底端，所述地基组件顶端预埋有预制桩实验体，所述供水组件用于向所述地基组件和所述模拟箱体内进行供水，所述模拟箱体上设置有水位调节组件，所述水位调节组件与所述供水组件对应设置；

5、温度模拟系统，所述温度模拟系统包括温度调节组件，所述温度调节组件固定连接在所述模拟箱体上且与所述供水组件对应设置；

6、数据监测系统，所述数据监测系统包括固定连接在所述模拟箱体上的监测组件，所述地基组件、所述供水组件和所述温度调节组件分别与所述监测组件对应设置。

7、优选的，所述地基组件包括从下至上分别铺设的碎石模拟层、粗砂模拟层和厚土模拟层，所述预制桩实验体安装在所述厚土模拟层顶端中部，所述碎石模拟层、所述粗砂模拟层和所述厚土模拟层分别与所述供水组件对应设置。

8、优选的，所述供水组件包括分隔件和供水件，所述分隔件包括固定连接在所述模拟箱体内壁上的环形支架，所述环形支架内壁上开设有环形滑槽，所述环形滑槽内沿周向等间距滑动连接有若干连接块，所述连接块上固定连接有隔离膜的一端，若干所述隔离膜另一端与所述预制桩实验体外侧壁对应设置，若干所述隔离膜将所述模拟箱体内分割成若干空腔，若干所述空腔内分别设置有所述碎石模拟层、所述粗砂模拟层和所述厚土模拟层，若干所述空腔分别与所述供水件对应连通。

9、优选的，所述供水件包括固定连接在所述模拟箱体外侧壁上的环形储水箱，所述环形储水箱内通过若干分隔板分隔成大小相等的若干储水腔，所述储水腔内滑动连接有存储槽，所述存储槽底端固定连通有输送管道的一端，所述模拟箱体外侧壁底部沿周向等间距开设有若干供水管道，若干所述供水管道分别与若干所述空腔连通，所述输送管道另一端与所述供水管道可拆卸连接，所述储水腔内设置有调节件，所述存储槽与所述调节件传动连接。

10、优选的，所述调节件包括转动连接在所述储水腔内两端的螺纹杆，所述存储槽与所述螺纹杆螺纹连接，所述螺纹杆底部同轴固定连接有蜗轮，所述储水腔内转动连接有蜗杆，所述蜗轮与所述蜗杆啮合，所述环形储水箱外侧壁上固定连接有若干驱动电机，所述驱动电机的输出轴与所述蜗杆一端固定连接。

11、优选的，所述温度模拟系统包括固定连接在所述模拟箱体顶端的模拟箱罩体，所述模拟箱罩体上固定连接有制冷装置和光照模拟装置，所述制冷装置和所述光照模拟装置分别与所述模拟箱体内部对应设置。

12、优选的，所述数据监测系统包括位移传感器装置、压力传感器装置和温度监测装置，所述位移传感器装置和所述压力传感器装置的监测端分别与所述预制桩实验体对应设置，所述温度监测装置的监测端伸入到所述空腔内。

13、优选的，所述模拟箱体外侧壁上粘贴有外层防护板，所述外层防护板为聚苯乙烯泡沫板。

14、优选的，所述厚土模拟层为若干土层分层填筑，每层所述土层厚度为0.04-0.05m，所述土层的密度为1.4-1.5g/cm3。

15、优选的，所述预制桩实验体的直径为49mm-51mm，预埋深度为300mm-400mm。

16、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

17、本发明提供的一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，通过模拟自然界内环境试下对高寒地区冰荷载对预制桩冰害加载的试验，实现了日照长短、各点水深或冰厚等不同条件下冰块结构对预制桩的模拟试验，保证了试验数据的精准。

技术特征：

1.一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，其特征在于：所述地基组件包括从下至上分别铺设的碎石模拟层(3)、粗砂模拟层(4)和厚土模拟层(5)，所述预制桩实验体(2)安装在所述厚土模拟层(5)顶端中部，所述碎石模拟层(3)、所述粗砂模拟层(4)和所述厚土模拟层(5)分别与所述供水组件对应设置。

3.根据权利要求2所述的一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，其特征在于：所述供水组件包括分隔件和供水件，所述分隔件包括固定连接在所述模拟箱体(1)内壁上的环形支架(6)，所述环形支架(6)内壁上开设有环形滑槽(7)，所述环形滑槽(7)内沿周向等间距滑动连接有若干连接块(8)，所述连接块(8)上固定连接有隔离膜(9)的一端，若干所述隔离膜(9)另一端与所述预制桩实验体(2)外侧壁对应设置，若干所述隔离膜(9)将所述模拟箱体(1)内分割成若干空腔(10)，若干所述空腔(10)内分别设置有所述碎石模拟层(3)、所述粗砂模拟层(4)和所述厚土模拟层(5)，若干所述空腔(10)分别与所述供水件对应连通。

4.根据权利要求3所述的一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，其特征在于：所述供水件包括固定连接在所述模拟箱体(1)外侧壁上的环形储水箱(11)，所述环形储水箱(11)内通过若干分隔板(12)分隔成大小相等的若干储水腔(13)，所述储水腔(13)内滑动连接有存储槽(14)，所述存储槽(14)底端固定连通有输送管道(15)的一端，所述模拟箱体(1)外侧壁底部沿周向等间距开设有若干供水管道(16)，若干所述供水管道(16)分别与若干所述空腔(10)连通，所述输送管道(15)另一端与所述供水管道(16)可拆卸连接，所述储水腔(13)内设置有调节件，所述存储槽(14)与所述调节件传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，其特征在于：所述调节件包括转动连接在所述储水腔(13)内两端的螺纹杆(17)，所述存储槽(14)与所述螺纹杆(17)螺纹连接，所述螺纹杆(17)底部同轴固定连接有蜗轮(18)，所述储水腔(13)内转动连接有蜗杆(19)，所述蜗轮(18)与所述蜗杆(19)啮合，所述环形储水箱(11)外侧壁上固定连接有若干驱动电机(20)，所述驱动电机(20)的输出轴与所述蜗杆(19)一端固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，其特征在于：所述温度模拟系统包括固定连接在所述模拟箱体(1)顶端的模拟箱罩体(21)，所述模拟箱罩体(21)上固定连接有制冷装置(22)和光照模拟装置(23)，所述制冷装置(22)和所述光照模拟装置(23)分别与所述模拟箱体(1)内部对应设置。

7.根据权利要求4所述的一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，其特征在于：所述数据监测系统包括位移传感器装置(24)、压力传感器装置(25)和温度监测装置(26)，所述位移传感器装置(24)和所述压力传感器装置(25)的监测端分别与所述预制桩实验体(2)对应设置，所述温度监测装置(26)的监测端伸入到所述空腔(10)内。

8.根据权利要求1所述的一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，其特征在于：所述模拟箱体(1)外侧壁上粘贴有外层防护板(27)，所述外层防护板(27)为聚苯乙烯泡沫板。

9.根据权利要求2所述的一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，其特征在于：所述厚土模拟层(5)为若干土层分层填筑，每层所述土层厚度为0.04-0.05m，所述土层的密度为1.4-1.5g/cm3。

10.根据权利要求9所述的一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，其特征在于：所述预制桩实验体(2)的直径为49mm-51mm，预埋深度为300mm-400mm。

技术总结
本发明公开了一种寒地高水位预制桩冰害加载试验装置，包括模拟箱体；环境模拟系统，环境模拟系统包括地基组件和供水组件，地基组件铺设在模拟箱体内部底端，地基组件顶端预埋有预制桩实验体，模拟箱体上设置有水位调节组件；温度模拟系统，温度模拟系统包括温度调节组件，温度调节组件固定连接在模拟箱体上且与供水组件对应设置；数据监测系统，数据监测系统包括固定连接在模拟箱体上的监测组件，地基组件、供水组件和温度调节组件分别与监测组件对应设置。本发明通过模拟自然界内环境试下对高寒地区冰荷载对预制桩冰害加载的试验，实现了日照长短、各点水深或冰厚等不同条件下冰块结构对预制桩的模拟试验，保证了试验数据的精准。

技术研发人员：宿金成,张吉祥,杨晓庄,王冰,王晓雨
受保护的技术使用者：哈尔滨商业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14