CN216275877U - 一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，底座上转动安装模型箱的顶部固定连接有安装板，安装板的上表面固定连接有调频器，安装板的上表面设有波浪制造机构；模型箱的底部内壁固定连接有桩基柱，桩基柱的顶部固定连接有第二位移感应平台，第二位移感应平台的上表面设有三个均匀分布的应力片，应力片的一侧均电性连接有信号线，模型箱的一侧内壁设有漩涡制造机构；漩涡制造机构中固定柱通过螺栓固定在模型箱的一侧内壁，固定柱的顶部固定连接有搅拌器，搅拌器的一侧电性连接控制线穿过模型箱；解决当前桩基模型试验方法未考虑真实环境中波浪、地震两种体系相互影响及对桩基础的联合作用，导致模拟数据不具有说服力的问题。

Description

一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置

技术领域

本实用新型属于桩基承载力的试验技术领域，涉及一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置。

背景技术

随着人类对海洋资源开发的需求持续增长，多种近海工程如海上钻井平台、跨海大桥等应运而生，海洋工程中结构工作环境恶劣，常受到波浪荷载这一最基本荷载的作用。此外，由于我国地处世界上最活跃地震带，当地震发生时，海域建筑物结构通常同时受到波浪和地震的作用。而桩基础作为近海结构物的主要基础形式，研究其在地震和波浪等复杂环境荷载作用下的动力响应具有重要理论及工程应用价值。

目前对波浪地震耦合作用下桩土动力相互作用的研究，采用现场试验方法通常不易实现，且由于受各种条件限制缺乏足够现场数据，因而多采用室内模型试验的研究方法，利用相似原理人为控制模型比例、荷载大小及性质、环境参数等多种条件以获得具有说服力的数据。

当前桩基模型试验方法多将环境因素如风、地震等抽象理想化成水平荷载，即集中研究一般条件下对桩基础施加竖直、水平、循环荷载等多种荷载时桩土相互作用，未考虑真实环境中波浪、地震两种体系相互影响及对桩基础的联合作用，为此提出一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型为了解决当前桩基模型试验方法未考虑真实环境中波浪、地震两种体系相互影响及对桩基础的联合作用，导致模拟数据不具有说服力的问题，提供一种模拟效率高，操作简便，测量数据精确，设计新颖的基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，包括底座，底座的上表面固定连接有六个第一万向节，六个第一万向节的另一端均固定连接有电液振动机，六个电液振动机的顶部均固定连接有第二万向节，六个第二万向节的另一端固定连接有同一个振动平台，振动平台的上表面固定连接有模型箱，模型箱的顶部固定连接有安装板，安装板的上表面固定连接有调频器，安装板的上表面设有波浪制造机构，波浪制造机构包括固定座、第一支撑臂和玻璃板，固定座通过螺栓固定在安装板的上表面，固定座的一侧外壁固定连接有电机，固定座内设有第一支撑臂，第一支撑臂与固定座的一侧均开设有第一插孔，第一插孔内活动连接有安装轴，且安装轴与第一支撑臂相固定，电机输出轴的一端与安装轴相固定，第一支撑臂的另一端设有第二支撑臂，第二支撑臂一端与第一支撑臂的另一端均开设有第二插孔，第二插孔内设有第三调节栓，玻璃板的一侧开设有安装孔，安装孔内设有第二调节栓，且第二调节栓与第二支撑臂的另一端相固定，模型箱的底部内壁设置有桩基柱，桩基柱的顶部固定连接有第二位移感应平台，第二位移感应平台的上表面设有三个均匀分布的应力片，应力片的一侧均电性连接有信号线，模型箱的一侧内壁设有漩涡制造机构。

进一步的，桩基柱的底部固定连接有金属细杆，金属细杆的顶部固定连接有第一位移感应平台，第一位移感应平台与第二位移感应平台的上表面均电性连接有位移传感线。

进一步的，漩涡制造机构包括固定柱，固定柱通过螺栓固定在模型箱的一侧内壁，固定柱的顶部固定连接有搅拌器，搅拌器的一侧电性连接有控制线，且控制线穿过模型箱。

进一步的，安装板的上表面固定连接有减震片，且减震片位于安装板与固定座之间。

进一步的，模型箱的一侧开设有排水孔，排水孔的一侧固定连接有排水管，排水管的一侧设有控制阀。

进一步的，排水孔的一侧设有密封圈，且密封圈位于排水孔与排水管之间。

进一步的，底座的一侧开设有贯穿的三角孔。

进一步的，底座的上表面固定连接有多个橡胶圈，且橡胶圈位于底座与第一万向节之间。

进一步的，电机和搅拌器均与调频器电性连接。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型所公开的一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，通过波浪制造机构和电液振动机的配合使用，使得装置能够模拟海浪和地震，从而使装置与现实的海洋环境更加相似，提高装置模拟的全面性，同时通过第二位移感应平台和应力片的设置，使得装置在对桩基柱位移测试的同时，能够通过应力片模拟均布载荷对桩基施加的单向力，提高装置功能的多样性，并通过金属细杆和第一位移感应平台实现对桩基柱位移的实时测量，提高装置测量的精准度，而在电液振动机底部安装橡胶垫，减少电业振动电机对地面产生的震动影响，减弱振动带来的惯性，让零件的运转更为高效。

2、本实用新型所公开的一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，具有模拟效率高，操作简便，测量数据精确，设计新颖，与现实的海洋环境具有较高的相似度，特别适用于海洋环境中受地震和海浪影响因素的桩基位移测试，便于工程对桩基高度分布以及埋入土层中的深度的选取，确保工程安全可靠。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置第一视角的三维图；

图2为本实用新型一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置第二视角的三维图；

图3为本实用新型一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置的三维剖视图；

图4为本实用新型一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置的俯视图；

图5为本实用新型一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置的仰视图；

图6为本实用新型一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置第三视角的三维图；

图7为本实用新型图1中A处放大结构示意图；

图8为本实用新型一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置中波浪制造机构三维图。

附图标记：1、底座；2、橡胶圈；3、第一万向节；4、电液振动机；5、振动平台；6、模型箱；7、金属细杆；8、位移传感线；9、第一位移感应平台；10、桩基柱；11、波浪制造机构；12、调频器；13、安装板；14、控制线；15、密封圈；16、排水管；17、固定柱；18、搅拌器；19、第二万向节；20、三角孔；21、第二位移感应平台；22、应力片；23、信号线；24、固定座；25、安装轴；26、第一支撑臂；27、第二支撑臂；28、第二调节栓；29、玻璃板；30、安装孔；31、第三调节栓；32、电机；33、减震片。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-图8，本实用新型提供一种新的技术方案，一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，底座1的一侧开设有贯穿的三角孔20，通过三角孔20使得装置在震动时能够更加稳定，底座1的上表面通过螺栓固定有六个第一万向节3，六个第一万向节3的另一端均通过螺栓固定有电液振动机4，底座1的上表面粘接有多个橡胶圈2，且橡胶圈2位于底座1与第一万向节3之间，橡胶圈2减少了电液振动机4对地面产生的震动影响，减弱振动带来的惯性，让零件的运转更为高效。

六个电液振动机4的顶部均通过螺栓固定有第二万向节19，六个第二万向节19的另一端通过螺栓固定有同一个振动平台5，振动平台5的上表面通过螺栓固定有模型箱6，启动电液振动机4，电液振动机4内部通过单位面积内流过的液体流量来模拟地震振动频率，通过流入液体的体积模拟地震振幅，从而使模型箱6进行震动，而六个电液振动机4拥有六个振动方向的自由度，从而达到模拟现实复杂地震的效果。

模型箱6的底部内壁固定连接有金属细杆7，金属细杆7的顶部通过螺栓固定有第一位移感应平台9，第一位移感应平台9与第二位移感应平台21的上表面均电性连接有位移传感线8，通过第一位移感应平台9同理实现对桩基柱10位移的实时测量，模型箱6的顶部通过螺栓固定有安装板13，安装板13的上表面通过螺栓固定有调频器12，安装板13的上表面设有波浪制造机构11，波浪制造机构11包括固定座24、第一支撑臂26和玻璃板29，安装板13的上表面粘接有减震片33，且减震片33位于安装板13与固定座24之间，减震片33能够降低装置震动对电机32的影响，固定座24通过螺栓固定在安装板13的上表面，固定座24的一侧外壁通过螺栓固定有电机32，固定座24内设有第一支撑臂26，第一支撑臂26与固定座24的一侧均开设有第一插孔，第一插孔内插接有安装轴25，且安装轴25与第一支撑臂26相固定，电机32输出轴的一端与安装轴25相固定，第一支撑臂26的另一端设有第二支撑臂27，第二支撑臂27一端与第一支撑臂26的另一端均开设有第二插孔，第二插孔内设有第三调节栓31，玻璃板29的一侧开设有安装孔30，安装孔30内设有第二调节栓28，且第二调节栓28与第二支撑臂27的另一端相固定，电机32进行往复旋转，从而带动第一支撑臂26进行转动，第一支撑臂26带动第二支撑臂27和玻璃板29进行摆动，从而通过玻璃板29使水面产生波浪，而通过第二调节栓28能够对玻璃板29的角度进行调节，同时通过第三调节栓31能够对第二支撑臂27的角度进行调节，从而改变模拟海浪的幅度。

模型箱6的底部内壁固定连接有桩基柱10，桩基柱10的顶部通过螺栓固定有第二位移感应平台21，第二位移感应平台21的上表面设有三个均匀分布的应力片22，应力片22的一侧均电性连接有信号线23，第二位移感应平台21和应力片22能够装置在对桩基柱10位移测试的同时，能够通过应力片22模拟均布载荷对桩基施加的单向力，提高装置功能的多样性。

模型箱6的一侧内壁设有漩涡制造机构，漩涡制造机构包括固定柱17，固定柱17通过螺栓固定在模型箱6的一侧内壁，固定柱17的顶部通过螺栓固定有搅拌器18，搅拌器18的一侧电性连接有控制线14，且控制线14穿过模型箱6，搅拌器18转动，从而能够模拟海底漩涡的状态，模型箱6的一侧开设有排水孔，排水孔的一侧通过螺栓固定有排水管16，排水管16的一侧设有控制阀，测试结束后能够通过排水管16将模型箱6内部的水快速排出，排水孔的一侧设有密封圈15，且密封圈15位于排水孔与排水管16之间，密封圈15增加了排水管16与排水孔之间的密封性，电机32和搅拌器18均与调频器12电性连接，通过调频器12能够控制电机32和搅拌器18的运行效率，从而提高装置的实验效果。

一、通过金属细杆7与第一位移感应平台9的使用，同理实现对桩基柱10位移的实时测量，提高装置测量的精准度；

二、通过在底座1上开设三角孔20的设置，使得装置在震动时能够更加稳定；

三、通过在电液振动机4底部安装橡胶圈2的设置，减少了电液振动机4对地面产生的震动影响，减弱振动带来的惯性，让零件的运转更为高效。

该基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置使用时，在模型箱6内放入水，在第二位移感应平台21放置实验物体，然后启动电液振动机4，电液振动机4内部通过单位面积内流过的液体流量来模拟地震振动频率，通过流入液体的体积模拟地震振幅，六个电液振动机4拥有六个振动方向的自由度，从而达到模拟现实复杂地震的效果，然后启动搅拌器18，搅拌器18使水发生旋转，从而模拟海底漩涡，再启动电机32，电机32进行往复旋转，从而带动第一支撑臂26进行转动，第一支撑臂26带动第二支撑臂27和玻璃板29进行摆动，从而通过玻璃板29使水面产生波浪，进而模拟海面波浪的情况，同时电机32和搅拌器18通过调频器12进行控制，方便模拟海水的不同状态，而桩基柱10的位移距离则通过第二位移感应平台21将相应的位移变化传输到外部的位移显示屏中，从而达到测量桩基柱10位移的目的，同时三个应力片22在实验过程中发生形变，内部电阻产生相应变化，进而精准得到施加在三个应力片22上的三个力，取三个力的平均值以模拟均布载荷对桩基柱10施加的单向力。

然而，如本领域技术人员所熟知的，第一位移感应平台9、第二位移感应平台21、应力片22、电液振动机4、调频器12搅拌器18和电机32的工作原理和接线方法是司空见惯的，其均属于常规手段或者公知常识，在此就不再赘述，本领域技术人员可以根据其需要或者便利进行任意的选配。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，包括底座(1)，其特征在于，底座(1)上转动安装有模型箱(6)，模型箱(6)的顶部固定连接有安装板(13)，安装板(13)的上表面固定连接有调频器(12)，所述安装板(13)的上表面设有波浪制造机构(11)；

所述波浪制造机构(11)包括固定座(24)、第一支撑臂(26)和玻璃板(29)，固定座(24)通过螺栓固定在安装板(13)的上表面，所述固定座(24)的一侧外壁固定连接有电机(32)，所述固定座(24)内设有第一支撑臂(26)，所述第一支撑臂(26)与固定座(24)的一侧均开设有第一插孔，第一插孔内活动连接有安装轴(25)，且安装轴(25)与第一支撑臂(26)相固定，所述电机(32)输出轴的一端与安装轴(25)相固定，所述第一支撑臂(26)的另一端设有第二支撑臂(27)，第二支撑臂(27)一端与第一支撑臂(26)的另一端均开设有第二插孔，第二插孔内设有第三调节栓(31)，所述玻璃板(29)的一侧开设有安装孔(30)，安装孔(30)内设有第二调节栓(28)，且第二调节栓(28)与第二支撑臂(27)的另一端相固定；

所述模型箱(6)的底部设置有桩基柱(10)，桩基柱(10)的顶部固定连接有第二位移感应平台(21)，第二位移感应平台(21)的上表面设有三个均匀分布的应力片(22)，应力片(22)的一侧均电性连接有信号线(23)，所述模型箱(6)的一侧内壁设有漩涡制造机构；漩涡制造机构包括固定柱(17)，固定柱(17)通过螺栓固定在模型箱(6)的一侧内壁，固定柱(17)的顶部固定连接有搅拌器(18)，所述搅拌器(18)的一侧电性连接有控制线(14)，且控制线(14)穿过模型箱(6)。

2.根据权利要求1所述的一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，其特征在于，所述桩基柱(10)的底部内壁固定连接有金属细杆(7)，金属细杆(7)的顶部固定连接有第一位移感应平台(9)，第一位移感应平台(9)与第二位移感应平台(21)的上表面均电性连接有位移传感线(8)。

3.根据权利要求2所述的一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，其特征在于，所述底座(1)的上表面固定连接有若干个第一万向节(3)，第一万向节(3)上均固定连接有电液振动机(4)，电液振动机(4)的顶部均固定连接有第二万向节(19)，第二万向节(19)上均固定连接有同一个振动平台(5)，所述振动平台(5)的上表面固定连接有模型箱(6)。

4.根据权利要求1所述的一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，其特征在于，所述安装板(13)的上表面固定连接有减震片(33)，且减震片(33)位于安装板(13)与固定座(24)之间。

5.根据权利要求1所述的一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，其特征在于，所述模型箱(6)的一侧开设有排水孔，排水孔的一侧固定连接有排水管(16)，排水管(16)的一侧设有控制阀。

6.根据权利要求5所述的一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，其特征在于，所述排水孔的一侧设有密封圈(15)，且密封圈(15)位于排水孔与排水管(16)之间。

7.根据权利要求6所述的一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，其特征在于，所述底座(1)的一侧开设有贯穿的三角孔(20)。

8.根据权利要求1所述的一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，其特征在于，所述底座(1)的上表面固定连接有多个橡胶圈(2)，且橡胶圈(2)位于底座(1)与第一万向节(3)之间。

9.根据权利要求3所述的一种基于地震和海浪环境的桩基模型实验装置，其特征在于，所述电机(32)和搅拌器(18)均与调频器(12)电性连接。

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