CN217277728U - 一种模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，属于实验设备领域。该装置包括一个槽形结构的填土区，该填土区域的两端分别设有与槽形相连通的注水口及出水口；槽形结构的填土区与注水口之间通过倾斜布置的板体相互连通，槽形结构的填土区与出水口之间通过水平放置的板体相互连通。发实用新型的出水口与缓冲区底面近似位于同一高度，能够使该高度处的流线大致保持水平状态，保持水流的稳定性，防止流速的大小和方向发生剧变而影响均匀流的模拟程度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，属于实验设备领域。
背景技术
近些年，由于复杂海洋环境的影响，作为海上风机最常用的大直径单桩基础受波浪和海流的冲刷会削弱桩基水平承载性能，严重威胁风机结构的安全和稳定。海上风电桩受海洋环境的影响，传统防护措施常存在质量不可控和防护周期较短等突出问题，增加风机维护成本，且分布在海床面附近，尚不能大幅度提升承载力和减小变形。借鉴于传统保护方式，现采用性能、效益等更加优越的淤泥固化土方式保护桩机，但由于现有传统实验装置并不完善，无法定量研究淤泥固化土抗冲刷强度，现研发多功能淤泥固化土冲刷实验仪，以满足现代化淤泥固化土抗冲刷强度测量实验需求。
现有技术方案
现有技术方案多为一简单的水箱，形状为一立方体，顶面开盖用于向水箱中放置土。在填土（淤泥固化土）完成后，通过顶面开盖直接向所覆盖淤泥固化土处进行冲刷，这种方法虽然简单快捷，但无法真实模拟水下桩机附近土壤受冲刷的情形，且难以得到量化数据，只能通过肉眼观察土层受冲刷情况来判断淤泥固化土抗冲刷能力强弱，并不严谨。
实用新型内容
本实用新型针对上述不足提供了一种模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置。
本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型所述的一种模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，包括一个槽形结构的填土区，该填土区域的两端分别设有与槽形相连通的注水口及出水口；槽形结构的填土区与注水口之间通过倾斜布置的板体相互连通，槽形结构的填土区与出水口之间通过水平放置的板体相互连通。
本实用新型所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，所述的槽形结构的填土区与倾斜布置的板体之间设有平直过渡的直板，所述的直板位于槽形结构的填土区的侧壁，所述的倾斜布置的板体与直板形成进水缓冲区。
本实用新型所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，所述的槽形结构的填土区与水平放置的板体有出水口之间设有蓄土槽；水平放置的板体形成出水缓冲区。
本实用新型所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，所述的倾斜布置的板体与水平面之间的夹角为45°；倾斜布置的板体的顶端高于槽形结构的填土区的顶端面；所述的注水口位于倾斜布置的板体的顶端。
本实用新型所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，所述的注水口及出水口上分别设有止水阀。
本实用新型所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，所述的蓄土槽的深度大于槽形结构的填土区中水平放置的板体的高度。
本实用新型所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，所述的槽形结构的填土区填充后的原状土的中心处设有圆台状土坑；圆台状土坑内放置木桩。
本实用新型所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，还包括塑料板，所述的塑料板盖设在原状土表面，塑料板中心处设有方形孔，方形孔套置在木桩外侧。
本实用新型所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，所述的圆台状土坑的上端面圆径大于下端面圆径，圆台的任意一条母线与水平面成45°夹角。
有益效果
本实用新型提供的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，将进水区的缓坡可将水流重力势能转变为动能，实现动能的增加，同时水流缓冲区将进水口的射流初步转变为较平缓的水流。
针对现有技术方案难以精确控制水流的速度的问题，本实用新型在两个进水口均设有止水阀，出水口则设有止水阀和水龙头，可通过控制进水口开启数量、止水阀开启程度等多个途径控制水流流速，模拟不同流速下的均匀冲刷状态。
针对现有技术方案通过顶面开盖直接向所覆盖淤泥固化土处进行冲刷，难以精准控制实验变量的问题，本实用新型上放置一塑料板，用于控制完液面高度和水速后迅速撤去铁板，使冲刷时状态达到预期的水速和压强，使实验结果更加精准。
针对现有技术方案在土壤被冲刷后的状态没有控制，冲刷过程中水流夹杂少量土壤颗粒会使土壤被冲刷后在设备中堆积，进一步影响水流速度的控制，从而影响实验的准确性的问题本实用新型在出水区前设有蓄土区，可以实现土壤沉降，防止土壤颗粒进入出水口堵塞管道，影响水流流速，以达到精准控制实验变量的目的。
针对现有技术方案对于进水和出水的高度和状态没有精准控制的问题，本发实用新型的出水口与缓冲区底面近似位于同一高度，能够使该高度处的流线大致保持水平状态，保持水流的稳定性，防止流速的大小和方向发生剧变而影响均匀流的模拟程度。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的俯视状态示意图；
图3是本实用新型的立体结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示：一种模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，包括一个槽形结构的填土区1，该填土区域的两端分别设有与槽形相连通的注水口2及出水口3；槽形结构的填土区1与注水口2之间通过倾斜布置的板体4相互连通，槽形结构的填土区与出水口之间通过水平放置的板体5相互连通。整个实验装置宽度为1m，长度1m，填土区深度0.35m。取实验装置底标高为0，整体装置标高500mm处加一圈围挡防止液体飞溅。
本实用新型的倾斜布置的板体4与水平面之间的夹角为45°；倾斜布置的板体4的顶端高于槽形结构的填土区1的顶端面；注水口2位于倾斜布置的板体4的顶端。倾斜布置的板体4的斜面顶部最高处标高550mm。另一部分为长150mm平行于底面水流缓冲区，标高350mm，并与填土区焊接相连，在进水区斜面顶部安装两个进水口，两进水口相距400mm，分别与实验装置两侧边缘相距300mm。
斜板由一整块铁皮构成，斜板顶端固定两个进水口装置，与实验装置底面呈45°角，铁皮长283mm，水平方向长200mm，竖直方向长200mm，宽1m，水流由进水口进入并通过斜板将重力势能转化为动能，此时水流仍呈现不稳定的射流状态。
槽形结构的填土区1与倾斜布置的板体4之间设有平直过渡的直板6，直板6位于槽形结构的填土区1的侧壁，倾斜布置的板体4与直板6形成进水缓冲区；缓冲区域由一块长150mm，宽1m的铁皮构成，由斜板进入的射流在通过此区域后逐渐变为稳定的水流，水流中各点流速处处相等，通过此部分区域来将进入水箱的水具有一定速度的平稳水流以达到模拟海水环境中的水流冲刷的作用。水流通过斜面区域获得一定流速，并在缓冲区得到缓冲，以形成稳定的流态，进入填土区冲刷流态土。
槽形结构的填土区1与水平放置的板体5有出水口之间设有蓄土槽7。水平放置的板体5形成出水缓冲区。缓冲区由一块长150mm，宽1m的铁皮构成，标高350mm，一端连接填土区顶部，另一端连接蓄土区顶部。通过此处的水流携带了一定量的土壤颗粒和流态土，在缓冲区速度逐渐减慢，便于在蓄土区进一步沉降土壤颗粒和流态土。蓄土区由三块铁皮板组成，最后一块铁皮板上伸出150mm，与实验装置四周围挡相连，蓄土区顶部与缓冲区同标高处安装1个出水口。构成一个长150mm、深150mm、宽1m的盒子，用以容纳冲刷得到的土壤颗粒和流态土，收集实验数据。
注水口2及出水口3上分别设有止水阀。
槽形结构的填土区1填充后的原状土的中心处设有圆台状土坑9；圆台状土坑9内放置木桩10。塑料板8盖设在原状土表面，塑料板8中心处设有方形孔11，方形孔11套置在木桩外侧。
采集原状土（自然界中成分和结构未被破坏的土壤），经过2.36mm筛后倒入仪器的填土区，直至将1m×1m×0.35m的填土区完全填满。在正中央取走少量土壤，形成一个倒置的圆台状土坑（即上表面圆直径大于下表面圆直径），圆台的任意一条母线与水平面成45°夹角。（坑直径为变量，圆台状坑，上大下小，上圆直径2D，3D，4D；坑高度为变量，0.5D，D，1.5D，侧视倾斜角45°），
挖好土坑后在坑中心位置垂直插入直径为8cm的圆木棒，插入坑中央至仪器底部，用于模拟实际工程中的风力发电机桩基，圆木棒底部与仪器底部接触。之后用带方形孔11（10cm×10cm）的塑料板从上端套入圆木棒并与原状土表面贴合。塑料板95cm边长。
本实用新型的实验方法：
进水口，控制水位到一定高度（自定义高度，高度为变量，<20cm）打开出水口和出水阀门，调节进水口和出水口水龙头，控制流速，关闭所有阀门，缓慢抬起塑料板。打开止水阀，缓慢往坑中注入流态土，进行模拟冲刷。2h后关闭止水阀，抽干容器内剩余的水，观察容器内防护区和未防护区冲刷情况，收集蓄土区土壤称重，测量流态土冲刷角度。
打开仪器的两个进水口水龙头和进水阀门，控制水位到一定高度（小于20cm），打开出水口水龙头和出水阀门，调节进水口和出水口的水龙头使液面高度保持不变。同时关闭所有阀门后，平稳缓慢地抬起塑料板（取出过程中尽量避免水渐落到仪器外）。打开所有阀门，水流稳定后缓慢往土坑中注入流态土，即可进行模拟冲刷实验。2h后关闭所有阀门和水龙头，抽干仪器内水，观查模拟防护和未防护区域的土壤冲刷情况，收集仪器蓄土区内的土壤进行称重，观察流态土被冲刷后的形态，测量相应的冲刷角度。改变自变量，进行多组实验，比较得出实验结果。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，其特征在于：包括一个槽形结构的填土区，该填土区域的两端分别设有与槽形相连通的注水口及出水口；槽形结构的填土区与注水口之间通过倾斜布置的板体相互连通，槽形结构的填土区与出水口之间通过水平放置的板体相互连通。
2.根据权利要求1所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，其特征在于：所述的槽形结构的填土区与倾斜布置的板体之间设有平直过渡的直板，所述的直板位于槽形结构的填土区的侧壁，所述的倾斜布置的板体与直板形成进水缓冲区。
3.根据权利要求1所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，其特征在于：所述的槽形结构的填土区与水平放置的板体有出水口之间设有蓄土槽；水平放置的板体形成出水缓冲区。
4.根据权利要求1所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，其特征在于：所述的倾斜布置的板体与水平面之间的夹角为45°；倾斜布置的板体的顶端高于槽形结构的填土区的顶端面；所述的注水口位于倾斜布置的板体的顶端。
5.根据权利要求1所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，其特征在于：所述的注水口及出水口上分别设有止水阀。
6.根据权利要求3所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，其特征在于：所述的蓄土槽的深度大于槽形结构的填土区中水平放置的板体的高度。
7.根据权利要求1所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，其特征在于：所述的槽形结构的填土区填充后的原状土的中心处设有圆台状土坑；圆台状土坑内放置木桩。
8.根据权利要求7所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，其特征在于：还包括塑料板，所述的塑料板盖设在原状土表面，塑料板中心处设有方形孔，方形孔套置在木桩外侧。
9.根据权利要求7所述的模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置，其特征在于：所述的圆台状土坑的上端面圆径大于下端面圆径，圆台的任意一条母线与水平面成45°夹角。
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| CN202122787623.6U CN217277728U (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 一种模拟混凝土桩底水下固化土冲刷实验装置 |
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| CN (1) | CN217277728U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116201180A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-06-02 | 大连理工大学 | 一种可转底座的海上风机基础冲刷实验装置 |
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2021
- 2021-11-15 CN CN202122787623.6U patent/CN217277728U/zh active Active
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