【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋工程中的岩土力学和流体力学，尤其涉及一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法。
技术介绍
1、许多海岸结构物比如防波堤、管线等所遭受的破坏的主要原因在于海床基础的不稳定。常见的海床基础的破坏与地基土中的孔隙水压力和有效应力有很大关系，孔隙水压力和有效应力的分布及变化则与波浪荷载有直接或间接关系。当波浪在海床表面传播时，随时间和空间不断变化的波浪荷载使海床土体内部的孔隙水压力和有效应力也表现出不同的时间和空间特性，孔隙流体受孔隙水压力梯度驱动在海床土骨架之间产生渗流。有建筑物的存在时，波浪作用在建筑物上的作用力又通过建筑物影响到下方地基土体的应力状态，与此同时结构物的存在也改变了波浪的传播状态。
2、为了便于开展对原型海况的波流-结构物-地基耦合作用的研究，有必要对其进行模拟，但是目前模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用的试验方法存在以下问题：
3、1.将影响原型海况中波流-结构物-地基耦合作用的各参数按照比尺进行计算，将各参数予以缩小，当比尺较大时，会产生比尺效应，使得模拟结果误差较大，降低模拟的准确性。
4、2.对原型海况中地基进行模拟时，应当按照同一比尺缩小土质的粒径，在比尺较大情况时，粒径大小相应的被大幅度缩小，在准备模拟试验材料时，加大了实验材料的制备难度。
5、3.在面临试验材料难寻的情况下，通常会选择扩大粒径，由此导致粒径的比尺与其他参数的比尺不一致，进一步加大了模拟结果的误差。
6、因此，亟需一种试验方法，能够准确模拟原型
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，所述试验方法依托于模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验系统，所述试验系统包括大比尺水槽、小比尺水槽，所述大比尺水槽的比尺范围为1:1~1:10，所述小比尺水槽的长度为所述大比尺水槽的宽度；
2、所述试验方法，包括以下步骤：
3、s1：获取原型海况的耦合作用影响参数，所述原型海况的耦合作用影响参数包括波高、流速、结构物重量、水深、地基含水率、土质级配、地基强度；
4、s2：将所述原型海况的耦合作用影响参数分别进行换算，得到模拟环境的耦合作用影响参数，所述模拟环境的耦合作用影响参数包括模拟环境的波高、模拟环境的流速、模拟环境的结构物重量、模拟环境的水深、模拟环境的地基含水率、模拟环境的土质级配、模拟环境的地基强度；
5、s3：确定最优重塑土：基于所述模拟环境的土质级配和所述模拟环境的地基含水率，配置若干组重塑土，分别测试各组重塑土的土体强度，从土体强度测试结果中确定所述最优重塑土；
6、s4：以所述最优重塑土在小比尺水槽内进行验证试验，判定是否能够产生地基破坏现象：
7、若能够产生地基破坏现象，则进入s5；
8、若不能产生地基破坏现象，则返回s3，重新确定最优重塑土；
9、s5：在所述大比尺水槽内，以所述最优重塑土作为地基，模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用。
10、进一步地，所述s3中确定最优重塑土，具体包括：
11、将所述模拟环境的土质级配设为最优重塑土的土质级配，以所述模拟环境的地基含水率为基准含水率，以基准含水率的间隔5%、上下浮动不超过20%为原则，配置若干组重塑土；
12、分别测试各组重塑土的土体强度，从土体强度测试结果中选取与所述模拟环境的地基强度最接近的组别所对应的重塑土为所述最优重塑土。
13、进一步地，所述s4中，以所述最优重塑土在小比尺水槽内进行验证试验，所述验证试验为动载荷试验和静载荷试验。
14、进一步地，在所述大比尺水槽的长度方向，依次包括造波区、试验区、消波区，在试验区中靠近消波区的部分设有凹槽；
15、所述地基布设在所述凹槽中。
16、进一步地，所述s5具体为：
17、将所述最优重塑土布设在所述大比尺水槽的凹槽内作为所述地基；
18、按照重力相似原则，将重量为模拟环境的结构物重量的模拟环境的结构物布设在所述地基的上方，以模拟环境的波高、模拟环境的流速、模拟环境的水深作用于所述模拟环境的结构物，模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用。
19、进一步地，所述s5中还包括使用激光位移传感器检测所述模拟环境的结构物的位移，比较所述模拟环境的结构物的位移和原型海况的结构物的位移，根据比较结果判定试验方法是否模拟成功。
20、进一步地，在所述造波区内制造波浪，波浪从造波板到所述结构物的距离为所述波浪的波长l的n倍；
21、所述大比尺水槽的长度为（n+1.75）×l；
22、所述造波板的背后距离大比尺水槽长度方向边缘的距离为l/4~l/2；
23、造波机后方消波体长度不少于l/4，造波机前方消波段长度不少于l。
24、进一步地，在大比尺水槽内进行试验时，有效波的个数为2n－3。
25、进一步地，沿所述大比尺水槽的长度方向，在所述结构物的前后分别布设涡轮电机，用于产生不同流速的水流，模拟水流对结构物的影响；
26、所述涡轮电机与结构物的距离不少于大比尺水槽长度的1/10。
27、本专利技术实施例具有以下技术效果：
28、1.本申请提供了一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，依托于模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验系统，所述试验系统包括大比尺水槽、小比尺水槽，所述大比尺水槽的比尺范围为1:1~1:10，所述小比尺水槽的长度为所述大比尺水槽的宽度。大比尺水槽可支持的比尺范围，能够大大降低现有技术中进行模拟试验所使用的比尺，因此可降低比尺效应带来的误差，提高模拟结果的准确度。
29、2.当比尺在1:1~1:10时，模拟环境下重塑土的粒径可基于该比尺进行换算，降低了该粒径土质的实验材料寻找难度，可实现重塑土的土质级配模与模拟环境的其他耦合作用影响参数均基于同一个比尺换算，克服了比尺不一致带来的误差，进一步提高了模拟结果的准确度。
30、3.由于最优重塑土的制备由于受场地影响较小，因此本申请先在不限制制备场地的场景下确定最优重塑土，再在小比尺水槽中进行验证试验以判定是否能够产生地基破坏现象，根据判定结果确认是否需要调整最优重塑土，将最终确定的最优重塑土作为地基，在大比尺水槽内模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用。通过该试验规程，使用较小的试验成本获得关键试验参数的优选值，降低试验成本。
31、4.在本申请提供的大比尺水槽中，在造波区内制造波浪，波浪从造波板到所述结构物的距离为所述波浪的波长l的n倍；大比尺水槽的长度为（n+1.75）×l；造波板的背后距离大比尺本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，其特征在于，所述试验方法依托于模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验系统，所述试验系统包括大比尺水槽、小比尺水槽，所述大比尺水槽的比尺范围为1:1~1:10，所述小比尺水槽的长度为所述大比尺水槽的宽度；
2.根据权利要求1所述的一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，其特征在于，所述S3中确定最优重塑土，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，其特征在于，所述S4中，以所述最优重塑土在小比尺水槽内进行验证试验，所述验证试验为动载荷试验和静载荷试验。
4.根据权利要求1所述的一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，其特征在于，在所述大比尺水槽的长度方向，依次包括造波区、试验区、消波区，在试验区中靠近消波区的部分设有凹槽；
5.根据权利要求4所述的一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，其特征在于，所述S5具体为：
6.根据权利要求5所述的一种模拟原型海况的波流-结构物-
7.根据权利要求4所述的一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，其特征在于，在所述造波区内制造波浪，波浪从造波板到所述结构物的距离为所述波浪的波长L的N倍；
8.根据权利要求7所述的一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，其特征在于，在大比尺水槽内进行试验时，有效波的个数为2N－3。
9.根据权利要求1所述的一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，其特征在于，沿所述大比尺水槽的长度方向，在所述结构物的前后分别布设涡轮电机，用于产生不同流速的水流，模拟水流对结构物的影响；
...【技术特征摘要】
1.一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，其特征在于，所述试验方法依托于模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验系统，所述试验系统包括大比尺水槽、小比尺水槽，所述大比尺水槽的比尺范围为1:1~1:10，所述小比尺水槽的长度为所述大比尺水槽的宽度；
2.根据权利要求1所述的一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，其特征在于，所述s3中确定最优重塑土，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，其特征在于，所述s4中，以所述最优重塑土在小比尺水槽内进行验证试验，所述验证试验为动载荷试验和静载荷试验。
4.根据权利要求1所述的一种模拟原型海况的波流-结构物-地基耦合作用试验方法，其特征在于，在所述大比尺水槽的长度方向，依次包括造波区、试验区、消波区，在试验区中靠近消波区的部分设有凹槽；
5.根据权利要求4所述的一种模拟原型海况的波流-结构物...
【专利技术属性】
技术研发人员：张华庆，陈汉宝，陈松贵，耿宝磊，段自豪，刘海源，胡杰龙，阳志文，张智鹏，王洋，
申请(专利权)人：交通运输部天津水运工程科学研究所，
类型：发明
国别省市：
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