一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置，该装置包括加压固结单元以及设置在加压固结单元上的三向循环荷载加载单元，加压固结单元包括箱体、设置在箱体内部的加压动力机构以及与加压动力机构传动连接的加压机构，三向循环荷载加载单元包括设置在箱体上的支撑框架以及设置在支撑框架上的三向荷载加载机构。与现有技术相比，本发明专利技术先利用加压固结单元模拟现场的地应力环境，实现土体的加压固结，再利用三向循环荷载加载单元对土体中的基础结构模型施加三向循环荷载，模拟基础长期承受三向循环荷载的作用，提高了试验结果的可靠性。

A Three-Dimensional Cyclic Loading Device for Soil Consolidation

The invention relates to a three-way cyclic loading device capable of realizing soil consolidation function. The device comprises a compression consolidation unit and a three-way cyclic loading unit installed on the compression consolidation unit. The compression consolidation unit comprises a box body, a compression power mechanism arranged inside the box body and a compression mechanism driven by the compression power mechanism, and a three-way cyclic loading list. The element includes a supporting frame set on the box body and a three-dimensional loading mechanism set on the supporting frame. Compared with the existing technology, the present invention first simulates the in-situ stress environment by using the compression consolidation unit, realizes the compression consolidation of the soil, and then applies the three-way cyclic load to the foundation structure model of the soil by using the three-way cyclic load loading unit, simulates the long-term bearing of the three-way cyclic load on the foundation, and improves the reliability of the test results.

【技术实现步骤摘要】
一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置
本专利技术属于土木工程结构试验
，涉及一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置。
技术介绍
随着技术的发展，社会对能源的需求日益增加，加之人们的环保意识逐渐觉醒，污染大、消耗高的传统能源已经渐渐无法满足社会的发展需求，因此迫切需要发展新型清洁能源。海洋上储藏有数量巨大的风能，如将之运用，可极大程度地缓解社会发展的能源需求。近二十年来，海上风电机组在欧美等国迅速发展，在我国也已经进入实际应用阶段。但是，风电机组在运行时，由于受到永不停歇的海浪以及海风的循环作用，使得其结构会发生缓慢的永久变形，这对设备运行是非常不利的。当累积的侧向变形发展到一定程度时，风电机组将无法工作。因此，需要探究基础承受三向循环荷载时的累积变形预测以及承载力的弱化情况，而对这两方面的探究至今还缺乏较为可靠的分析方法。为了弥补理论分析的局限性，对于一些重要工程，需要结合室内模型试验进行分析，其中的关键技术有两点：(1)如何在1g模型试验条件下模拟现场的地应力环境；(2)如何模拟基础长期承受三向循环荷载的作用。对于以上两个关键技术，前者需要试验装置能够在1g环境下实现土体的加压固结，后者则需要试验装置能够对基础模型施加三向循环荷载。而目前尚未有满足上述要求的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置，该装置包括加压固结单元以及设置在加压固结单元上的三向循环荷载加载单元，所述的加压固结单元包括箱体、设置在箱体内部的加压动力机构以及与加压动力机构传动连接的加压机构，所述的三向循环荷载加载单元包括设置在箱体上的支撑框架以及设置在支撑框架上的三向荷载加载机构。将土体(饱和土样)置于箱体内，在加压动力机构的作用下，由加压机构对土体进行加压固结，之后将基础结构模型(包括但不限于桩基础、沉井加桩基础、群桩基础等)压入土体中，通过三向荷载加载机构对基础结构模型施加三向荷载。进一步地，所述的加压动力机构包括多个均匀布设在箱体底部的拉力千斤顶以及与拉力千斤顶的活塞传动连接的传力杆，所述的加压机构设置在传力杆的顶端，并与传力杆固定连接。传力杆固定设置在拉力千斤顶的活塞上，由拉力千斤顶的活塞带动，沿竖直方向往复移动，进而带动加压机构上下运动。作为优选的技术方案，所述的箱体内共设有4个拉力千斤顶，并且4个拉力千斤顶均匀布设在箱体的四个角处。作为优选的技术方案，拉力千斤顶的外部设有罩壳。罩壳对拉力千斤顶进行保护。作为进一步优选的技术方案，所述的罩壳的材质为金属。进一步地，所述的加压机构包括设置在传力杆顶端的加压盖板以及设置在加压盖板底部的加压活塞。传力杆通过加压盖板带动加压活塞沿竖直方向向下运动，以对土体进行加压固结。进一步地，所述的箱体内并列设有一对隔板，所述的加压活塞沿竖直方向移动设置在两隔板之间。隔板沿竖直方向设置在箱体内，并与箱体固定连接。隔板将拉力千斤顶与加压活塞相分隔，避免土体对拉力千斤顶的干扰。作为优选的技术方案，所述的隔板的材质为钢，并通过焊接连接方式与箱体固定连接。进一步地，所述的箱体的侧壁上开设有排水孔。当加压活塞向下运动，使土体受压固结时，土体中的水由排水孔排出。作为优选的技术方案，所述的箱体的侧壁上沿竖直方向均匀开设有多个排水孔。进一步地，所述的支撑框架包括一对并列设置在箱体上的立柱以及一对并列设置在两立柱之间的横梁，所述的三向荷载加载机构设置在横梁上。作为优选的技术方案，所述的立柱设置在箱体顶部，并与箱体固定连接。作为优选的技术方案，所述的立柱上沿竖直方向设有腰形孔，所述的横梁通过腰形孔与立柱固定连接。通过腰形孔可以上下移动横梁，以调节横梁的安装位置，实现横梁的无级变位。作为优选的技术方案，所述的立柱及横梁的材质均为钢。进一步地，所述的三向荷载加载机构包括设置在横梁上的竖向荷载加载组件、设置在竖向荷载加载组件上的水平荷载加载组件、设置在水平荷载加载组件上的转角荷载加载组件以及设置在转角荷载加载组件上的加载杆。竖向荷载加载组件、水平荷载加载组件、转角荷载加载组件通过加载杆分别对基础结构模型施加竖向荷载、水平荷载、转角荷载。进一步地，所述的竖向荷载加载组件包括沿竖直方向设置在两横梁之间的竖向螺杆、设置在横梁上并与竖向螺杆传动连接的竖向电机、移动套设在竖向螺杆上的竖向丝扣以及与竖向丝扣固定连接的竖向滑块；所述的水平荷载加载组件包括设置在竖向滑块上的水平电机、沿水平方向设置在竖向滑块一侧并与水平电机传动连接的水平螺杆、移动套设在水平螺杆上的水平丝扣以及与水平丝扣固定连接的水平滑块。竖向电机带动竖向螺杆转动，使竖向丝扣沿竖直方向往复运动，并带动竖向滑块一起运动；水平电机带动水平螺杆转动，使水平丝扣沿水平方向往复运动，并带动水平滑块一起运动。作为优选的技术方案，所述的竖向丝扣的内侧面设有与竖向螺杆相适配的螺纹，所述的水平丝扣的内侧面设有与水平螺杆相适配的螺纹。进一步地，所述的竖向荷载加载组件还包括一对并列设置在两横梁之间的竖向导轨，所述的竖向螺杆位于两竖向导轨之间；所述的水平荷载加载组件还包括一对并列设置在竖向滑块一侧的水平导轨，所述的水平螺杆位于两水平导轨之间。竖向滑块与竖向导轨滑动连接，竖向导轨保证竖向滑块移动时的平稳；水平滑块与水平导轨滑动连接，水平导轨保证水平滑块移动时的平稳。进一步地，所述的转角荷载加载组件包括设置在水平滑块侧面上的弧形导轨、移动设置在弧形导轨上的弧形滑块以及设置在水平滑块上并与弧形滑块传动连接的转角电机，所述的加载杆设置在弧形滑块上。转角电机上设有齿轮，弧形滑块上设有与齿轮相适配的弧形齿条，转角电机通过齿轮与弧形齿条的配合，带动弧形滑块沿弧形导轨运动。作为优选的技术方案，所述的加载杆呈倒T字形。三向循环荷载加载单元通过加载杆对基础结构模型施加竖向荷载、水平荷载、转角荷载。作为优选的技术方案，该装置还包括控制器。本专利技术在实际应用时，将饱和土样置于箱体内的两隔板之间，并将带有加压活塞的加压盖板安装在传力杆顶端；拉力千斤顶通过传力杆、加压盖板带动加压活塞向下运动，对饱和土样施加竖向荷载，实现对饱和土样的加压固结，饱和土样中的水通过排水孔排出；土体固结完成后，移除加压盖板及加压活塞，将基础结构模型(包括但不限于桩基础、沉井加桩基础、群桩基础等)压入土体中，之后利用加载杆对基础结构模型施加三向荷载。本专利技术能够实现电控下的粘土固结，使得固结应力水平更加精确；能够同时任意施加三个方向的循环荷载中的一个、两个或三个，三向循环荷载分别为竖向循环荷载、水平向循环荷载以及前两个荷载平面内的循环转角荷载。同时，由于采用电控技术进行循环荷载施加，所施加的循环荷载具有循环加载频率范围大、循环加载可变、循环加载次数多、循环稳定等优点。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1)先利用加压固结单元模拟现场的地应力环境，实现土体的加压固结，再利用三向循环荷载加载单元对土体中的基础结构模型施加三向循环荷载，模拟基础长期承受三向循环荷载的作用，提高了试验结果的可靠性；2)三向循环荷载加载单元可实现竖向循环荷载、水平循环荷载以及前两个荷载平面内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置，其特征在于，该装置包括加压固结单元以及设置在加压固结单元上的三向循环荷载加载单元，所述的加压固结单元包括箱体(1)、设置在箱体(1)内部的加压动力机构以及与加压动力机构传动连接的加压机构，所述的三向循环荷载加载单元包括设置在箱体(1)上的支撑框架以及设置在支撑框架上的三向荷载加载机构。

【技术特征摘要】
2017.10.11 CN 20171094140631.一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置，其特征在于，该装置包括加压固结单元以及设置在加压固结单元上的三向循环荷载加载单元，所述的加压固结单元包括箱体(1)、设置在箱体(1)内部的加压动力机构以及与加压动力机构传动连接的加压机构，所述的三向循环荷载加载单元包括设置在箱体(1)上的支撑框架以及设置在支撑框架上的三向荷载加载机构。2.根据权利要求1所述的一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置，其特征在于，所述的加压动力机构包括多个均匀布设在箱体(1)底部的拉力千斤顶(2)以及与拉力千斤顶(2)的活塞传动连接的传力杆(3)，所述的加压机构设置在传力杆(3)的顶端，并与传力杆(3)固定连接。3.根据权利要求2所述的一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置，其特征在于，所述的加压机构包括设置在传力杆(3)顶端的加压盖板(4)以及设置在加压盖板(4)底部的加压活塞(5)。4.根据权利要求3所述的一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置，其特征在于，所述的箱体(1)内并列设有一对隔板(6)，所述的加压活塞(5)沿竖直方向移动设置在两隔板(6)之间。5.根据权利要求1所述的一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置，其特征在于，所述的箱体(1)的侧壁上开设有排水孔(7)。6.根据权利要求1所述的一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置，其特征在于，所述的支撑框架包括一对并列设置在箱体(1)上的立柱(8)以及一对并列设置在两立柱(8)之间的横梁(9)，所述的三向荷载加载机构设置在横梁(9)上。7.根据权利要求6所述的一种可实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：木林隆，黄茂松，马昊，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31