CN208329020U - 一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置，包括试验铁桶和加载架，均内设于试验铁桶的桩基、风机塔架、螺丝、激光位移传感器、低频电磁激振器和激振器固定架，高速记录摄像机，激光标线仪、以及数据采集系统。试验铁桶内填有试验土，桩基为中空柱状体、顶盖通过螺丝与垂直相连于顶盖的风机塔架相连；高速记录摄像机固定于加载架上；低频电磁激振器安装于悬挂在加载架的激振器固定架、并分布于风机塔架的侧边；激光位移传感器置于基桩基的边壁上并分布于桩基中轴线两侧；激光标线仪置于实验铁箱外，并调整水平。通过加载试验后数据分析与3D建模处理，可定性获得桩基在荷载作用下周围土体的动态变化情况及影响规律。

Description

一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种试验测量装置，特别是涉及一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置，属于试验测量技术领域。

背景技术

海上风机桩基长期处在复杂的海洋环境下，遭受波浪、潮流、风等荷载的作用，这些因素的叠加往往导致桩基结构产生振动，引起周围土体的运动，土体所呈现出的冲刷坑的形态也会随着桩基的运动而变化，从而造成土体基础承载力的变化，土体的变化又会对风机桩基的稳定性，以及风电结构的动力响应特性和稳定性造成极为不利的影响。因此考虑受荷载作用下的海上风机桩基对周围土体运动的影响尤为重要。然而目前关于海上风机桩对周围土体运动的研究技术并不成熟，尚未产生定性测量的试验装置及方法。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置，特别适用于受荷载的海上风机桩基、桥墩等对周围土体运动影响试验研究。

为了达到上述目的，本实用新型所采用如下技术方案：

一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置，包括顶面开口中空的试验铁桶、置于试验铁桶顶面之上的加载架、高速记录相机、位于试验铁桶外部的数据采集器和激光标线仪；

所述试验铁桶内设置有桩基、风机塔架、螺丝、激光位移传感器、低频电磁激振器和激振器固定架；试验铁桶内填有用于模拟持力层的试验土；

所述桩基为底面与顶面开口的中空柱状体，通过螺丝与垂直相连于顶盖的风机塔架相连；所述桩基的下端插入试验铁桶正中央的试验土一定深度处；

所述高速记录相机置于实验铁箱顶部的加载架上，并置于桩基圆心的正上方；

所述激振器固定架的上端悬挂于加载架上，低频电磁激振器安装于激振器固定架的下端、并位于风机塔架的侧边；

所述数据采集器和激光位移传感器通过导线连接。

进一步改进，所述试验铁桶的内壁设置有阻尼涂料层，试验铁桶外壁侧面竖直设置有多个角钢肋条。

进一步改进，加载架包括横置的平面钢板和钢板固定杆，所述横置的平面钢板位于铁箱上方，所述钢板固定杆为竖放的四条撑脚，将平面钢板水平托载至铁箱上方。

进一步改进，所述激光位移传感器置于基桩基的边壁上并分布于桩基中轴线两侧，用于测量桩基根部土体的深度变化。

进一步改进，所述激光标线仪置于实验铁箱外，并调整水平，使标线仪所发射激光的射线与土平面相平并投射于带有刻度的桩基上，用于读取并记录冲刷坑初始深度。

本实用新型中涉及的未说明部分与现有技术相同。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

通过本试验测量装置，可以研究影响桩周土体运动的因素，进而深入揭示受桩基的运动与周围土体动力相互作用的机理。通过高速相机记录下荷载作用时冲刷坑水平方向的形态变化，并通过图像分析软件记录下水平半径的变化，结合激光位移传感器测得的深度变化，通过图像分析软件，可分析桩周不同区域冲刷坑随荷载作用的形态变化及土体运动受桩基影响的变化规律；通过改变荷载的频率和幅值，可分析桩周土体交换运动情况与桩基所受荷载之间的变化规律。

附图说明

图1为本实用新型一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

图1所示，一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置，包括顶部开口中空的试验铁桶1，置于试验铁桶1顶端的加载架 2，均内设于试验铁桶1内的带有刻度的桩基3、风机塔架4、螺丝5、激光位移传感器6、低频电磁激振器7和激振器固定架8、固定于加载架2上的高速记录摄像机9，激光标线仪10、以及数据采集器12。

所述试验铁桶1内侧面和箱底内底面均设置有阻尼涂料层13，外侧面沿着垂直于母线方向设置有角钢肋条14，内填有用于模拟持力层的试验土11。

所述桩基3为底面和顶面开口的中空柱状体，桩基3的顶盖通过螺丝5与垂直相连于顶盖的风机塔架4相连；所述风机塔架4与桩基 3通过螺丝5相连。

所述桩基3的下端贯入试验铁桶1正中央的试验土11的一定深度处。

所述高速记录相机9置于实验铁箱顶部的加载架上，并置于桩基圆心的正上方。

所述低频电磁激振器7安装于激振器固定架8的下端、并位于风机塔架4的一侧，激振器固定架8的上端与加载架2固连。所述加载架2包括横置的平面钢板21和钢板固定杆22，所述横置的平面钢板 21平放于铁箱1上方，所述钢板固定杆22为竖放的四条撑脚，将平面钢板21水平托载至铁箱1上方。

所述激光位移传感器6置于基桩基的边壁上，并分布于桩基中轴线两侧，用于测量桩基根部土体的深度变化。

所述激光标线仪10置于实验铁箱外，并调整水平，使标线仪所发射激光的射线与试验土11上表面相平，并投射于带有刻度的桩基上，用于读取并记录冲刷坑初始深度。

一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置，其试验方法，包括以下步骤：

1)将桩基3贯入试验铁桶1正中央的试验土11中，静置等待，直至引起的试验土11扰动消失；

2)开启激光标线，并调整水平，使标线仪所发射激光的射线与土平面相平并投射于带有刻度的桩基上，通过激光标线与桩基表面的刻度做差读取冲刷坑初始深度。

3)启动低频电磁激振器7对桩基进行不同频率、不同幅值的水平荷载加载；

4)通过量测荷通过激光位移传感器6的数据并结合初始的冲刷坑计算得冲刷坑深度的位移变化。

5)启动高速摄像机，以高频率记录下冲刷坑在荷载作用下的水平形态变化规律，通过图像分析软件将所拍摄的照片制成动态影像，并通过图像分析软件得到水平半径的变化，同时结合所测得的深度数据模拟出冲刷坑的3D形态变化规律。即可得到动桩作用下对冲刷坑形态及土体运动的影响，进而深入研究桩-土影响机制。

其中各部件所发挥的作用为：所述试验铁桶1用于砂土环境；所述砂土11用于模拟实际工程土体；所述加载架2用于固定激振器固定架8；所述激振器固定架8用于固定低频电磁激振器7并调节低频电磁激振器7的高度；所述低频电磁激振器7用于模拟风荷载、波浪荷载等，对桩基施加荷载；所述带有刻度的桩基3用于模拟实际工程桩基并利用其所带刻度结合激光标线仪读取初始冲刷坑深度；所述风机塔架4用于模拟实际海上风机的塔身塔架；所述螺丝5用于固定连接桩基3与风机塔架4；所述激光位移传感器6用于测量桩基根部土体深度位移变化；所述高速摄像机9用于高速记录冲刷坑水平形态的变化；所述激光标线仪10用于确保桩基的垂直入土以及读取冲刷坑的初始深度；

本实用新型中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置，其特征是：包括顶面开口中空的试验铁桶、置于试验铁桶顶面之上的加载架、高速记录相机、位于试验铁桶外部的数据采集器和激光标线仪；

所述试验铁桶内设置有桩基、风机塔架、螺丝、激光位移传感器、低频电磁激振器和激振器固定架；试验铁桶内填有用于模拟持力层的试验土；

所述桩基为底面与顶面开口的中空柱状体，通过螺丝与垂直相连于顶盖的风机塔架相连；所述桩基的下端插入试验铁桶正中央的试验土一定深度处；

所述高速记录相机置于实验铁箱顶部的加载架上，并置于桩基圆心的正上方；

所述激振器固定架的上端悬挂于加载架上，低频电磁激振器安装于激振器固定架的下端、并位于风机塔架的侧边；

所述数据采集器和激光位移传感器通过导线连接。

2.根据权利要求1所述的一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置，其特征是：所述试验铁桶的内壁设置有阻尼涂料层，试验铁桶外壁侧面竖直设置有多个角钢肋条。

3.根据权利要求1所述的一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置，其特征是：加载架包括横置的平面钢板和钢板固定杆，所述横置的平面钢板位于铁箱上方，所述钢板固定杆为竖放的四条撑脚，将平面钢板水平托载至铁箱上方。

4.根据权利要求1所述的一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置，其特征是：所述激光位移传感器置于基桩基的边壁上并分布于桩基中轴线两侧，用于测量桩基根部土体的深度变化。

5.根据权利要求1所述的一种海上风机动桩下冲刷坑土体位移过程测定试验装置，其特征是：所述激光标线仪置于实验铁箱外，并调整水平，使标线仪所发射激光的射线与土平面相平并投射于带有刻度的桩基上，用于读取并记录冲刷坑初始深度。