本發(fā)明涉及模型試驗(yàn)固結(jié)及加載裝置，尤其是涉及一種加壓預(yù)固結(jié)模擬樁箱基礎(chǔ)長(zhǎng)期循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

近年來，我國霧霾現(xiàn)象日益嚴(yán)重，而這與我國的能源消耗有很大關(guān)系，我國能源消耗中傳統(tǒng)化石能源所占的比重大，能源利用效率低，浪費(fèi)嚴(yán)重，污染大，因此迫切需要發(fā)展新型清潔型能源。近二十年來，風(fēng)電機(jī)組在歐美發(fā)展迅速，在我國也已經(jīng)開始實(shí)際運(yùn)用，其中建設(shè)海洋風(fēng)電工程是一種充分利用風(fēng)能的方式。

而在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，體型龐大的風(fēng)電機(jī)組需要承受風(fēng)和海浪耦合形成的長(zhǎng)期循環(huán)荷載，因此對(duì)于支撐風(fēng)電機(jī)組以及上部塔狀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)工程提出了很高的要求。但是，在風(fēng)和海浪耦合循環(huán)荷載的作用下，樁基礎(chǔ)會(huì)產(chǎn)生承載能力弱化和累積側(cè)向變形的增加，而當(dāng)樁身傾斜超過一定角度時(shí)，風(fēng)電機(jī)組將無法正常工作。

因此，找到合理的方法預(yù)測(cè)和控制水平向循環(huán)荷載作用下風(fēng)電基礎(chǔ)的承載力和累積變形，對(duì)保證這些工程的正常運(yùn)作和安全具有重大意義。

針對(duì)水平向循環(huán)荷載作用下的基礎(chǔ)，風(fēng)電基礎(chǔ)的建設(shè)面臨兩個(gè)問題，：(1)循環(huán)荷載作用下風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的累積變形預(yù)測(cè)；(2)循環(huán)荷載作用下橋梁及風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的承載力的確定。顯然以上兩方面至今還缺乏較為可靠的分析方法。為彌補(bǔ)理論分析的局限性，對(duì)于重要工程，需要結(jié)合室內(nèi)模型試驗(yàn)進(jìn)行分析，其中的關(guān)鍵技術(shù)是如何在1g條件下模擬現(xiàn)場(chǎng)的地應(yīng)力環(huán)境，以及如何模擬基礎(chǔ)長(zhǎng)期承受水平向循環(huán)荷載的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種適用范圍廣、模擬精度高的加壓預(yù)固結(jié)模擬樁箱基礎(chǔ)長(zhǎng)期循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

加壓預(yù)固結(jié)模擬樁箱基礎(chǔ)長(zhǎng)期循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置，由加壓預(yù)固結(jié)機(jī)構(gòu)及安裝在該機(jī)構(gòu)頂部的水平循環(huán)荷載加載機(jī)構(gòu)組成，

所述的加壓預(yù)固結(jié)機(jī)構(gòu)包括：

底座；

支架，安裝于底座上；

水平滑軌，放置于底座上；

模型箱，放置于水平滑軌上；

頂板，安裝于支架頂部；

安裝于頂板上的豎向加載桿；

轉(zhuǎn)軸，設(shè)置于豎向加載桿底部；

加壓杠桿，安裝于轉(zhuǎn)軸上，該加壓杠桿為1:30的杠桿；

安裝于加載架上的千斤頂及定位孔板；

砝碼加載桿，安裝于加壓杠桿端部，外側(cè)端連接有托盤及砝碼；

電動(dòng)杠桿平衡調(diào)節(jié)裝置，安裝在加壓杠桿上；

球形頂豎向加載桿，穿過定位孔板上的定位孔，與加壓杠桿接觸；

加載板，放置于模型箱上部；

加載板蓋板，安裝于加載板上；

多孔透水板，安裝于模型箱底部；

所述的水平循環(huán)荷載加載機(jī)構(gòu)包括：

固定支架，安裝于加壓預(yù)固結(jié)機(jī)構(gòu)的頂板上；

定滑輪桿，安裝于固定支架頂部；

定滑輪，安裝于定滑輪桿中部；

轉(zhuǎn)軸，安裝于固定支架上；

加載平衡梁，安裝于轉(zhuǎn)軸和固定支架上；

滑軌，設(shè)置于加載平衡梁上；

滑塊，安放在滑軌上；

電機(jī)支架，安裝于頂板上；

電機(jī)，安放于電機(jī)支架上，頂部與加載平衡梁頂部平齊；

偏心轉(zhuǎn)子，安裝于電機(jī)上；

連桿，連接偏心轉(zhuǎn)子與滑塊頂部；

力加載點(diǎn)支架，安裝于加載平衡梁上部；

力加載線，繞過定滑輪與力加載點(diǎn)支架頂部中心連接；

位移加載線，與滑塊頂部連接。

所述的底座，包括固定底座于地面的定位螺孔，固定支架的定位螺孔，底座下部利于搬運(yùn)的支撐塊，所述的底座、定位螺孔及支撐塊采用鋼結(jié)構(gòu)制作。所述的水平滑軌放置在底座上，由直徑10mm，間距50mm的鋼管制成，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，方便模型箱出入。

所述的支架，包括固定定位孔板的定位螺孔，安裝放置千斤頂?shù)耐邪寮岸ㄎ宦菘?，所述的定位螺孔、托板由鋼結(jié)構(gòu)制作。

所述的頂板，由固定支架的定位螺孔，固定豎向加載桿的定位螺孔，固定上部循環(huán)加載裝置的定位螺孔，所述的頂板及定位螺孔由鋼結(jié)構(gòu)制作。

所述的轉(zhuǎn)軸，包括與加載杠桿相連接的鉸接螺孔，與豎向加載桿相連接的鉸，所述轉(zhuǎn)軸、鉸接螺孔、鉸由鋼結(jié)構(gòu)制作。

所述的加壓杠桿，包括與轉(zhuǎn)軸相連接的鉸，固定砝碼桿的定位螺孔，所述杠桿、鉸及螺孔由鋼結(jié)構(gòu)制作。

所述的加載板，包括與豎向加載桿相接觸的定位孔，橫向加勁肋，用于安放模型樁的定位孔，用于安裝加載板蓋板的定位螺孔，所述的加載板、定位孔、橫向加勁肋、定位螺孔由鋼結(jié)構(gòu)制作。

所述的模型箱，包括模型箱內(nèi)部下部的多孔透水板，用于排水的水龍頭，用于安裝水龍頭的定位螺孔，用于水循環(huán)的水管，所述模型箱、多孔透水板、定位螺孔由鋼結(jié)構(gòu)制作，所述水龍頭由銅結(jié)構(gòu)制作，所述水管由塑料制作。

所述的球形頂豎向加載桿，包括含有螺紋安裝在轉(zhuǎn)軸上的圓鋼加載桿，半球形加載頂，球形加載頂下部與加載板相接觸的加載桿，所述加載桿、半球形加載頂由鋼結(jié)構(gòu)制作。

所述的砝碼加載桿，包括一根帶螺孔的螺桿，與螺桿相連的托盤，所述托盤采用鋼結(jié)構(gòu)制作。

所述的固定支架，包括六根固定于底座上的方鋼管，固定于方鋼管頂部的鋼板，所述的方鋼管中，外部四個(gè)頂部預(yù)留固定定滑輪轉(zhuǎn)軸的螺孔，所述鋼板中部留有固定轉(zhuǎn)軸的螺孔。所述定滑輪安裝于定滑輪轉(zhuǎn)軸中部，用于改變力加載線的方向。

所述的電機(jī)支架，包括固定于底板上的四根方鋼管，固定于方鋼管頂部的鋼板，鋼板上預(yù)留安裝電機(jī)的定位螺孔。所述的電機(jī)通過螺栓固定于電機(jī)支架上。所述的偏心轉(zhuǎn)子，包括兩個(gè)鋼板制成的半圓形圓弧，圓弧上預(yù)留有固定電機(jī)轉(zhuǎn)軸的定位螺孔，固定連桿的定位螺孔。

所述的加載平衡梁，包括多個(gè)定位螺孔，兩個(gè)安裝滑軌的滑槽，安放偏心轉(zhuǎn)子的滑槽，所述定位螺孔及滑槽由鋼結(jié)構(gòu)制作。所述的轉(zhuǎn)軸通過定位螺孔與加載平衡梁中部連接。所述的滑軌，通過定位螺孔安裝于滑槽內(nèi)部。所述的滑塊，放置在滑槽內(nèi)部的滑軌上，上部預(yù)留有連接連桿以及位移加載線的定位螺孔。所述的連桿，通過定位螺孔與偏心轉(zhuǎn)子以及滑塊相連。

所述的力加載點(diǎn)支架，包括四個(gè)通過定位螺孔固定于加載平衡梁上部的豎向鋼板，兩個(gè)固定于豎向鋼板上的水平鋼板，水平鋼板中部留有固定力加載線的定位螺孔。所述的力加載線，通過定位螺孔固定于力加載線支架上，繞過定滑輪。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能在1g條件下，在不同固結(jié)應(yīng)力下，使土體加壓預(yù)固結(jié)，模擬現(xiàn)場(chǎng)土體應(yīng)力條件；能在保持固結(jié)應(yīng)力的條件下，進(jìn)行樁基水平加載試驗(yàn)；能夠進(jìn)行多種超固結(jié)比條件下樁基水平承載特性試驗(yàn)，適用范圍廣、模擬精度高，能夠分別進(jìn)行水平力循環(huán)荷載加載以及水平位移循環(huán)荷載加載，突破了現(xiàn)有試驗(yàn)裝置單向力加載的限制，且能進(jìn)行精確自平衡，能進(jìn)行長(zhǎng)期循環(huán)加載，且體積更小，電機(jī)不在平衡架上，使得整體振動(dòng)更小，荷載更加精確。

通過在1:30的加壓杠桿的砝碼盤上放置不同的砝碼，可以為土體提供不同的固結(jié)應(yīng)力，以模擬現(xiàn)場(chǎng)土體應(yīng)力條件。

在土體加載固結(jié)完成后進(jìn)行模型樁的試驗(yàn)時(shí)，可以將加載板上的蓋板去除，在預(yù)留孔中插入模型樁進(jìn)行試驗(yàn)，這樣可以在試驗(yàn)時(shí)保持土體的固結(jié)應(yīng)力不變。

同時(shí)，在探究超固結(jié)比的影響時(shí)，可以在土體固結(jié)完成后，減少砝碼盤上的砝碼數(shù)量，即改變土體的上覆應(yīng)力，使土體變?yōu)槌探Y(jié)土體，同時(shí)控制荷載比值，可以獲得不同的超固結(jié)比。

試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)進(jìn)行水平力荷載加載時(shí)，兩根力加載線繞過定滑輪與模型樁兩邊相連接，加載裝置實(shí)質(zhì)上為一個(gè)平衡梁，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)偏心轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過兩根連桿帶動(dòng)兩個(gè)滑塊在滑軌上做水平往返運(yùn)動(dòng)，滑塊的運(yùn)動(dòng)會(huì)改變平衡梁兩邊的重心位置，在兩根力加載線上產(chǎn)生不平衡力，滑塊的位置不同，不平衡力也不同，通過滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在力加載線上產(chǎn)生周期變化的不平衡力。因?yàn)榱虞d線為剛絞線只能提供拉力，故使用兩根力加載線分別在樁的兩端施加拉力，并且可以確定的是，在同一時(shí)刻，根據(jù)滑塊的位置，只有一根力加載線上是有拉力的，這保證了裝置可以進(jìn)行雙向穩(wěn)定的加載。由于在加載時(shí)，平衡梁由于滑塊運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的不平衡力通過力加載線傳遞到樁上，因此，整個(gè)平衡梁仍然是平衡的(保證自平衡)。

當(dāng)進(jìn)行水平位移加載時(shí)，將兩根位移加載線繞過定滑輪與模型樁兩邊相連接，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)偏心轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過兩根連桿帶動(dòng)兩個(gè)滑塊在滑軌上做水平往返運(yùn)動(dòng)，通過位移加載線將滑塊的往返運(yùn)動(dòng)傳遞到樁頂，帶動(dòng)樁做水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

因?yàn)檫B桿可以連接在偏心轉(zhuǎn)子的不同位置，即可以改變滑塊的運(yùn)動(dòng)幅值，滑塊運(yùn)動(dòng)幅值的大小決定了產(chǎn)生的周期性不平衡力的幅值大小(力加載)或者樁頂位移的大小(位移加載)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為水平循環(huán)荷載加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為加壓預(yù)固結(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為平衡加載梁平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為模型箱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為加載板及蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-加壓預(yù)固結(jié)機(jī)構(gòu)、11-頂板、12-支架、13-加壓杠桿、14-千斤頂、15-砝碼、16-底座、17-模型箱、18-定位孔板、19-加載板、110-球形頂豎向加載桿、111-控制器、112-蓋板、113-預(yù)留孔、114-肋板、115-傳壓板、116-定位孔、2-水平循環(huán)荷載加載機(jī)構(gòu)、21-定滑輪、22-偏心轉(zhuǎn)子、23-加載平衡梁、24-固定支架、25-電機(jī)、26-位移加載線、27-滑塊、28-力加載線、29-連桿、210-滑槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例

加壓預(yù)固結(jié)模擬樁箱基礎(chǔ)長(zhǎng)期循環(huán)荷載作用的試驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由加壓預(yù)固結(jié)機(jī)構(gòu)1及安裝在該機(jī)構(gòu)頂部的水平循環(huán)荷載加載機(jī)構(gòu)2組成。

加壓預(yù)固結(jié)機(jī)構(gòu)1的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括底座16、安裝于底座上16的支架、支架上設(shè)置有控制器111、放置于底座上水平滑軌、放置于水平滑軌上的模型箱17、安裝于支架頂部的頂板11、安裝于頂板11上的豎向加載桿；設(shè)置于豎向加載桿底部的轉(zhuǎn)軸、安裝于轉(zhuǎn)軸上加壓杠桿13；安裝于加載架上的千斤頂14及定位孔板18；砝碼加載桿，安裝于加壓杠桿13端部，外側(cè)端連接有托盤及砝碼15；電動(dòng)杠桿平衡調(diào)節(jié)裝置，安裝在加壓杠桿13上；球形頂豎向加載桿110，穿過定位孔板18上的定位孔，與加壓杠桿13接觸；放置于模型箱17上部的加載板19，安裝于加載板19上的蓋板112，安裝于模型箱17底部的多孔透水板。

底座16包括固定底座于地面的定位螺孔，固定支架的定位螺孔，底座下部利于搬運(yùn)的支撐塊，所述的底座、定位螺孔及支撐塊采用鋼結(jié)構(gòu)制作。水平滑軌放置在底座上，由直徑10mm，間距50mm的鋼管制成，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，方便模型箱出入。支架包括固定定位孔板的定位螺孔，安裝放置千斤頂?shù)耐邪寮岸ㄎ宦菘祝ㄎ宦菘?、托板由鋼結(jié)構(gòu)制作。

頂板11帶有固定支架的定位螺孔，固定豎向加載桿的定位螺孔，固定上部循環(huán)加載裝置的定位螺孔，所述的頂板及定位螺孔由鋼結(jié)構(gòu)制作。

轉(zhuǎn)軸包括與加載杠桿相連接的鉸接螺孔，與豎向加載桿相連接的鉸，轉(zhuǎn)軸、鉸接螺孔、鉸由鋼結(jié)構(gòu)制作。加壓杠桿13包括與轉(zhuǎn)軸相連接的鉸，固定砝碼桿的定位螺孔，加壓杠桿13、鉸及螺孔由鋼結(jié)構(gòu)制作。

加載板19的結(jié)構(gòu)如圖6所示，本體為傳壓板115，包括與球形頂豎向加載桿110相接觸的定位孔116，橫向的肋板114，用于安放模型樁的預(yù)留孔113孔，用于安裝蓋板112的定位螺孔，蓋板112蓋設(shè)在加載板19上。加載板、定位孔、橫向加勁肋、定位螺孔由鋼結(jié)構(gòu)制作。

模型箱的結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括模型箱內(nèi)部下部的多孔透水板，用于排水的水龍頭，用于安裝水龍頭的定位螺孔，用于水循環(huán)的水管，模型箱、多孔透水板、定位螺孔由鋼結(jié)構(gòu)制作，水龍頭由銅結(jié)構(gòu)制作，所述水管由塑料制作。

球形頂豎向加載桿110包括含有螺紋安裝在轉(zhuǎn)軸上的圓鋼加載桿，半球形加載頂，球形加載頂下部與加載板相接觸的加載桿，加載桿、半球形加載頂由鋼結(jié)構(gòu)制作。砝碼加載桿包括一根帶螺孔的螺桿，與螺桿相連的托盤，托盤采用鋼結(jié)構(gòu)制作。

水平循環(huán)荷載加載機(jī)構(gòu)2的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括安裝于加壓預(yù)固結(jié)機(jī)構(gòu)的頂板11上的固定支架24、安裝于固定支架24頂部的定滑輪桿及安裝于定滑輪桿中部的定滑輪21、安裝于固定支架24上的轉(zhuǎn)軸、安裝于轉(zhuǎn)軸和固定支架24上的加載平衡梁23、設(shè)置于加載平衡梁上的滑軌及安放在滑軌內(nèi)的滑塊27、安裝于頂板11上的電機(jī)支架及安放于電機(jī)支架上的電機(jī)25，其頂部與加載平衡梁23頂部平齊、安裝于加載平衡梁23上部的力加載點(diǎn)支架、繞過定滑輪21與力加載點(diǎn)支架頂部中心連接的力加載線28、與滑塊27頂部連接的位移加載線26。

固定支架24包括六根固定于底座上的方鋼管，固定于方鋼管頂部的鋼板，方鋼管中，外部四個(gè)頂部預(yù)留固定定滑輪轉(zhuǎn)軸的螺孔，鋼板中部留有固定轉(zhuǎn)軸的螺孔。定滑輪21安裝于定滑輪轉(zhuǎn)軸中部，用于改變力加載線28的方向。

電機(jī)支架包括固定于底板上的四根方鋼管，固定于方鋼管頂部的鋼板，鋼板上預(yù)留安裝電機(jī)的定位螺孔。電機(jī)通過螺栓固定于電機(jī)支架上。偏心轉(zhuǎn)子22包括兩個(gè)鋼板制成的半圓形圓弧，圓弧上預(yù)留有固定電機(jī)轉(zhuǎn)軸的定位螺孔，固定連桿29的定位螺孔。

加載平衡梁處的結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括多個(gè)定位螺孔，兩個(gè)安裝滑軌的滑槽210，安放偏心轉(zhuǎn)子的滑槽，定位螺孔及滑槽由鋼結(jié)構(gòu)制作。轉(zhuǎn)軸通過定位螺孔與加載平衡梁中部連接?；壨ㄟ^定位螺孔安裝于滑槽210內(nèi)部。滑塊27放置在滑槽210內(nèi)部的滑軌上，預(yù)留有連接連桿29以及位移加載線的定位螺孔。連桿29通過定位螺孔與偏心轉(zhuǎn)子以及滑塊相連。

力加載點(diǎn)支架包括四個(gè)通過定位螺孔固定于加載平衡梁上部的豎向鋼板，兩個(gè)固定于豎向鋼板上的水平鋼板，水平鋼板中部留有固定力加載線的定位螺孔。所述的力加載線，通過定位螺孔固定于力加載線支架上，繞過定滑輪。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。