本发明专利技术公开了一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置及其方法，属于土木离心机试验技术领域，该装置包括：模型箱、方框、滑动机构、至少一个铝管安装节、旋转传动机构、托板、推力加载机构、荷载传感器、线性可变差动变压器、多个微型孔压传感器、至少一个多位置激光位移器；该方法应用于上述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置中；不仅可研究在多向加载下的多向、循环荷载作用下风机基础全寿命周期内的位移累积、刚度变化规律，还可以研究不同海床土沉降、固结等物理力学特性的演化规律，并通过多角度评价分析。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土木离心机试验，更具体地说，它涉及一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置及其方法。
技术介绍
1、海上风机长期承受来自于不同方向的风和波浪所产生的水平力和水平倾覆力矩，其表现出显著的循环荷载、荷载方向不一的特性。因此，在海上风机单桩基础设计过程中，不仅要满足的单桩单向静力极限承载设计要求，更要准确评估外界多向、循环荷载作用下风机基础全寿命周期内的位移累积、刚度变化等关系风机正常运行的响应特性。海上风机单桩基础循环受荷特性也是基础设计的控制因素之一。
2、在离心机模型试验中，通过高速旋转产生的离心力对一个1/n于原型尺寸的物理模型施加n倍的地球重力加速度g(即ng)，从而将模型土体应力水平还原到原型土体，反映出相同的力学行为。
3、此外，虽然现有的大型离心机桩土试验已经得到了较多研究，但是大多是单方向的静力、循环试验的研究。现有的大型离心机桩土试验没有能提供多向加载平台，关于多向荷载下风机基础失效机制的研究仍不充足。
技术实现思路
1、为实现上述目的，本专利技术提供了其中一个方案：一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置，该装置应用在离心机上，通过高速旋转产生离心力，形成超重力场，用于模拟海洋环境下，对桩基的多向加载及监测工作，该装置包括：
2、模型箱1，所述模型箱1内装有固结排水后的土样；土样中竖直插装有模型桩2；
3、方框3，其固定安装在模型箱1的开口上，其长宽的尺寸与模型箱1的长宽的尺寸一致；
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p>4、滑动机构4，其安装在方框3的相对的边沿上；5、至少一个铝管安装节5，其安装在滑动机构4上；
6、旋转传动机构6，其安装在铝管安装节5上；
7、托板7，其安装在旋转传动机构6上；旋转传动机构6带动托板7旋转；
8、推力加载机构8，其固定安装在托板7，用于对模型桩2加载推力；
9、荷载传感器9，其安装在推力加载机构8的推力端部；
10、线性可变差动变压器10，用于测量模型桩与泥面的竖向相对位移；其位于模型桩2上部；
11、多个微型孔压传感器11，用于测量和评估孔隙水或土样压力或渗透压情况，固结度数据；多个微型孔压传感器11分别布置于沿模型箱1竖直方向不同深度的土样内；
12、至少一个多位置激光位移器12，用于实时监测模型装的位置变化；多位置激光位移器12布置于沿模型箱1竖直方向的侧壁上；
13、其中，通过滑动机构4将方框3移动到模型桩2正上方，使模型桩2位于铝管安装节5内，通过旋转传动机构6带动推力加载机构8旋转，到达指定位置，推力加载机构8对模型桩2多方向加载推力，并通过荷载传感器9测量推力加载机构8的推力端部对模型桩2施加荷载值。
14、进一步的，所述滑动机构4包括：
15、滑轨401，其安装在方框3的相对的边沿上；
16、滑块402，其位于滑轨401内，滑块402沿滑轨401的直线方向滑动；
17、其中，铝管安装节5安装在滑块402上，铝管安装节5沿滑轨401的直线方向滑动，移动到模型桩2处，使模型桩2位于铝管安装节5内。
18、进一步的，所述旋转传动机构6包括：
19、电机安装座601，其固定安装在铝管安装节5的侧表面上；
20、驱动电机602，其安装在电机安装座601；
21、主动齿轮603，其中心与驱动电机602的旋转驱动端相连；
22、从动齿轮604，其通过上盘605安装在铝管安装节5上，所述从动齿轮604与主动齿轮603相互啮合；
23、其中，通过驱动电机602驱动主动齿轮603旋转，进而带动从动齿轮604旋转。
24、进一步的，所述推力加载机构8包括：
25、轨道801，其安装在托板7上；
26、滑座802，其安装在轨道801上，滑座802沿轨道801的长度方向滑动；
27、传感器安装座803，其安装在滑座802上；荷载传感器9安装在传感器安装座803上；
28、液压气缸804，其安装在托板7上；所述液压气缸804的驱动伸缩端与轨道801水平，且荷载传感器9与液压气缸804的驱动伸缩端连接；
29、其中，通过液压气缸804推动荷载传感器9，对模型桩2加载推力，荷载传感器9测量处液压气缸804的驱动伸缩端对模型桩2施加荷载值。
30、进一步的，所述滑轨401上设置有滑动板13，滑动板13可沿滑轨401的长度方向运动；
31、所述线性可变差动变压器10安装在滑动板13上。
32、本专利技术提供了其中另一个方案：一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验方法，该方法应用于上述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置中，该方法包括：
33、s1、准备试验装置制作材料；
34、s2、在室内进行土样制备；
35、s3、准备模型箱1；
36、s4、用起重吊机将装满试验土的模型箱1吊至离心机室内，固定在试验台上；
37、s5、静置不使用时在模型箱内土样表层用一层潮湿土工布覆盖
38、s6、开始执行离心机试验，将离心机加速度升至100g后，时刻监测微型孔压数据，直至土样孔压1小时的变化值在1kpa内时认为土样完全固结；
39、s7、开展静力加载试验，伺服电动缸控制仪驱动水平伺服电动缸工作，记录单桩基础及其周围土样的动态响应，从而获得单桩的静力受荷响应和确定基础承载力fu；
40、s8、重复在25％fu、45％fu、65％fu的循环幅值下共计9轮的s7的循环重固结过程；
41、s9、停止离心机运转，换用新模型单桩开展单桩单向循环重固结试验，将离心机加速度升至100g后，时刻监测微型孔压数据，直至土样完全固结；
42、s10、重复在25％fu、45％fu、65％fu的循环幅值下共计9轮的s8的循环重固结过程。
43、进一步的，s4中：在模型箱1内固定相机、荷载传感器9、线性可变差动变压器10、微型孔压传感器11、激光位移传感器12：
44、在土样上0.1m的位置布置两个激光位移传感器12，用于测量单桩桩身水平变形；
45、在土样下0.2m,0.3m和0.4m深度处各安装一个微型孔压传感器11，用于监测加载过程单桩周边土体孔压响应。
46、进一步的，s6中：固结过程中，土体沉降值通过线性可变差动变压器13测得；
47、土体固结度的确定可以根据实测土体沉降值确定；
48、土体固结完成后，开展100g下的t-bar贯入试验测量土体不排水抗剪强度的分布；
49、其中，离心机在100g持续运转正常花费时间至少35小时。
50、进一步的，s8中：离心机在100g持续运转正常花费时间在至少10小时。
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【技术保护点】
1.一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置，其特征在于，该装置应用在离心机上，通过高速旋转产生离心力，形成超重力场，用于模拟海洋环境下，对桩基的多向加载及监测工作，该装置包括：
2.根据权利要求1所述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置，其特征在于：所述滑动机构(4)包括：
3.根据权利要求2所述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置，其特征在于：所述旋转传动机构(6)包括：
4.根据权利要求3所述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置，其特征在于：所述推力加载机构(8)包括：
5.根据权利要求1所述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置，其特征在于：所述滑轨(401)上设置有滑动板(13)，滑动板(13)可沿滑轨(401)的长度方向运动；
6.一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验方法，其特征在于，该方法应用于权利要求1-5任意一项所述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置中，该方法包括：
7.根据权利要求6所述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验方法，其特征在于：S4中：在模型箱(1)内固定相机、荷载传感器(9)、线性可变差动变压器(10)、微型孔压传感器(11)、激光位移传感器(12)：
8.根据权利要求6所述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验方法，其特征在于：S6中：固结过程中，土体沉降值通过线性可变差动变压器(13)测得；
9.根据权利要求6所述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验方法，其特征在于：S8中：离心机在100g持续运转正常花费时间在至少10小时。
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【技术特征摘要】
1.一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置，其特征在于，该装置应用在离心机上，通过高速旋转产生离心力，形成超重力场，用于模拟海洋环境下，对桩基的多向加载及监测工作，该装置包括：
2.根据权利要求1所述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置，其特征在于：所述滑动机构(4)包括：
3.根据权利要求2所述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置，其特征在于：所述旋转传动机构(6)包括：
4.根据权利要求3所述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置，其特征在于：所述推力加载机构(8)包括：
5.根据权利要求1所述的一种土工离心机模拟海洋环境桩基多向加载试验装置，其特征在于：所述滑轨(401)上设置有滑动板(13)，滑动板(13)可沿滑轨(401)的长度方...
【专利技术属性】
技术研发人员：王少扬，王立忠，洪义，张宇亭，安晓宇，王立林，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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