本发明专利技术提供一种大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置及制作方法，制作装置包括辅助圆筒、支撑杆以及从上向下依次连接的反力板、伸缩件和传力板，所述反力板安装在支撑杆上；所述辅助圆筒的侧壁设有用于下压大直径薄壁圆筒的压件。本发明专利技术提供的一种大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置及制作方法，可在常重力场中以最小扰动地基土的情况下完成大直径薄壁圆筒入土操作。圆筒入土操作。圆筒入土操作。
【技术实现步骤摘要】
一种大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置及制作方法
[0001]本专利技术属于土工离心模型试验
，具体来说，涉及一种大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置及制作方法。
技术介绍
[0002]土工离心模型试验是通过离心机的高速旋转为模型提供一个与原型应力水平相同的超重力场，从而再现原型应力应变特性，直观地说就是采用经缩尺的小模型在超重力场中真实反映原型工况。土工离心模型试验技术作为一种先进的物理模型试验方法，已成为在以自重为主要荷载的岩土工程问题研究中最有效的技术手段之一。关于土工离心模型的制备在《港口工程离心模型试验技术规程》JTS/T 231
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2013等相关文献均提供了模型设计及制作原则，但针对特定问题很少有具体的针对性解决方案。
[0003]插入式大圆筒作为一种无底的薄壁结构，对深厚软土地基环境具有更好的适应性，通过插入段筒体与土间复杂的相互作用，可以很好地发挥软粘土的承载能力，应用前景广泛；现场大圆筒结构直径往往达十几甚至几十米，通过离心模型试验，采用直径十几厘米的模型即可再现原型工况，但经过缩尺后的圆筒结构往往厚度较薄，仅有不足0.5mm，增加了模型制备的难度。原则上薄壁圆筒入土过程应在离心机运转的高重力场环境下进行，但该方法难度极大，目前未见报道；现有大直径薄壁圆筒的入土操作在1g重力条件下人工完成。
[0004]由于经过缩尺后的大直径圆筒属于薄壁曲面结构，易发生挠曲变形，自身无法独立插入土中，因此，模型制作的难点主要在于如何在最大程度上减少常重力场条件下薄壁圆筒入土过程中的地基扰动，同时保证薄壁圆筒结构不发生挠曲变形。
技术实现思路
[0005]本专利技术针对上述不足，提供一种大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置及制作方法，可在常重力场中以最小扰动地基土的情况下完成大直径薄壁圆筒入土操作。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术实施例采用如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供一种大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置，包括辅助圆筒、支撑杆以及从上向下依次连接的反力板、伸缩件和传力板，所述反力板安装在支撑杆上；所述辅助圆筒的筒壁上设有用于下压大直径薄壁圆筒的压件。
[0008]作为本专利技术实施例的进一步改进，使用时，所述辅助圆筒和大直径薄壁圆筒间隙配合，且大直径薄壁圆筒的下部伸出辅助圆筒；压件底端与大直径薄壁圆筒顶端相接触。
[0009]作为本专利技术实施例的进一步改进，使用时，所述辅助圆筒底端位于大直径薄壁圆筒内腔中；所述压件设置在辅助圆筒筒壁外侧。
[0010]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述辅助圆筒的底端设有底板，底板上开设有排气孔。
[0011]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述压件为圆弧形，压件的弧度与大直径薄壁
圆筒筒壁的弧度一致；或者所述压件为圆环形，压件内壁与辅助圆筒外壁适配。
[0012]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述辅助圆筒的筒壁开设有固定孔单元，固定孔单元沿辅助圆筒高度方向间隔布设；固定孔单元包括至少两个用于固定压件的固定孔，固定孔沿筒壁周向均匀分布。
[0013]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述反力板的两侧均固定连接有横梁，横梁的两端均设有通孔，横梁的通孔套设在支撑杆上，且通过紧固件与支撑杆固定连接。
[0014]第二方面，本专利技术实施例提供一种大直径薄壁圆筒土工离心模型制作方法，采用上述制作装置；所述制作方法包括以下步骤：
[0015]步骤10)在模型箱中制作土层地基；
[0016]步骤20)确定大直径薄壁圆筒在土层地基中的插入位置，将支撑杆固定在模型箱上，调节反力板在支撑杆上的高度，并将反力板固定在支撑杆上；安装伸缩件和传力板，使得传力板位于大直径薄壁圆筒插入位置的正上方；
[0017]步骤30)将大直径薄壁圆筒放置到插入位置，将辅助圆筒从大直径薄壁圆筒顶端插入大直径薄壁圆筒中，使得辅助圆筒顶端高于大直径薄壁圆筒顶端，且大直径薄壁圆筒的下部伸出辅助圆筒；在辅助圆筒筒壁上安装压件，使得压件底端与大直径薄壁圆筒顶端接触；
[0018]步骤40)启动伸缩件，伸缩件向下伸长，使得传力板底面与辅助圆筒顶端接触，并通过反力板下压辅助圆筒，辅助圆筒向下移动，通过压件传力，带动大直径薄壁圆筒下沉入土；若大直径薄壁圆筒入土深度达到预设值，则停止工作；若辅助圆筒底端接触到土层地基表面，且大直径薄壁圆筒入土深度未达到预设值，则进入步骤50)；
[0019]步骤50)伸缩件缩回初始位置；向上提升辅助圆筒至合适高度，拆卸压件，并将压件安装到上一次安装位置的下方，使得压件底端重新与大直径薄壁圆筒顶端接触；返回步骤40)。
[0020]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述步骤30)中，将辅助圆筒从大直径薄壁圆筒顶端插入大直径薄壁圆筒中之后，大直径薄壁圆筒中没有与辅助圆筒重叠的部分高度为1～5cm。
[0021]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述步骤50)还包括：下调反力板在支撑杆的安装高度。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：本专利技术提供的一种大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置及制作方法，通过伸缩件伸长带动传力板下压，对辅助圆筒施加静力荷载，辅助圆筒向下移动带动大直径薄壁圆筒缓慢入土，直至大直径薄壁圆筒入土深度达到预设值。本专利技术提供的制作装置及制作方法，不直接对大直径薄壁顶圆筒施加力，通过对辅助圆筒施力下压大直径薄壁圆筒，减小作用难度，顺利完成大直径薄壁圆筒插入入土操作。且无需开挖土层地基，对土层地基扰动小，提高试验精度。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例的大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置的结构示意图。
[0024]图中有：模型箱1、土层地基2、大直径薄壁圆筒3、辅助圆筒4、压件5、传力板6、千斤顶7、反力板8、支撑杆9、横梁10。
具体实施方式
[0025]下面对本专利技术的技术方案进行详细的说明。
[0026]本专利技术实施例提供一种大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置，如图1所示，包括辅助圆筒4、支撑杆9、反力板8、伸缩件7和传力板6。反力板8安装在支撑杆9上，支撑杆9用于支撑反力板8。优选的，支撑杆9有至少四根，反力板8的四个角分别安装在四根支撑杆9上，反力板8可以更好地得到支撑，防止使用时发生倾斜。伸缩件7安装在反力板8的下方，传力板6安装在伸缩件7的下方。伸缩件7伸缩，可带动传力板6上下移动。辅助圆筒4的筒壁设有压件5，压件5用于当辅助圆筒4向下移动时下压并带动大直径薄壁圆筒3向下移动。
[0027]其中，大直径薄壁圆筒3的外径、壁厚、长度均依据相似原理及试验设计加速度确定，大直径薄壁圆筒3内外侧的筒土摩擦系数与现场工况相同。一般大直径薄壁圆筒的直径为15～25cm，壁厚为0.1～0.3mm，长度为20～50cm。由于现场多是钢圆筒，因此，大直径薄壁圆筒模型制作时宜采用不锈钢材质，弹性模量与现场使用钢材质基本相似。土层地基2采用与现场相同的软弱淤泥质土本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置，其特征在于，包括辅助圆筒(4)、支撑杆(9)以及从上向下依次连接的反力板(8)、伸缩件(7)和传力板(6)，所述反力板(8)安装在支撑杆(9)上；所述辅助圆筒(4)的筒壁上设有用于下压大直径薄壁圆筒(3)的压件(5)。2.根据权利要求1所述的大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置，其特征在于，使用时，所述辅助圆筒(4)和大直径薄壁圆筒(3)间隙配合，且大直径薄壁圆筒(3)的下部伸出辅助圆筒(4)；压件(5)底端与大直径薄壁圆筒(3)顶端相接触。3.根据权利要求2所述的大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置，其特征在于，使用时，所述辅助圆筒(4)底端位于大直径薄壁圆筒(3)内腔中；所述压件(5)设置在辅助圆筒(4)筒壁外侧。4.根据权利要求3所述的大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置，其特征在于，所述辅助圆筒(4)的底端设有底板，底板上开设有排气孔。5.根据权利要求1所述的大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置，其特征在于，所述压件(5)为圆弧形，压件(5)的弧度与大直径薄壁圆筒(3)筒壁的弧度一致；或者所述压件(5)为圆环形，压件(5)内壁与辅助圆筒(4)外壁适配。6.根据权利要求1所述的大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置，其特征在于，所述辅助圆筒(4)的筒壁开设有固定孔单元，固定孔单元沿辅助圆筒(4)高度方向间隔布设；固定孔单元包括至少两个用于固定压件(5)的固定孔，固定孔沿筒壁周向均匀分布。7.根据权利要求1所述的大直径薄壁圆筒土工离心模型制作装置，其特征在于，所述反力板(8)的两侧均固定连接有横梁(10)，横梁(10)的两端均设有通孔，横梁的通孔套设在支撑杆(9)上，且通过紧固件与支撑杆(9)固定连接。8.一种大直径薄壁圆筒土工离心模型制作方法，其特征在于，采用权利要求1
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7任意一项所述的制作装置；所述制作方法包括以下...
【专利技术属性】
技术研发人员：周春儿，刘超，林显才，董华钢，李珍，何元瑭，吴加武，张德恩，曹昌浩，连长秋，邓远经，江丹强，杜静，王年香，徐光明，顾行文，任国峰，张洋，
申请(专利权)人：广东省航运规划设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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