[发明专利]一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置

说明书

本发明涉及一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置，该装置包括加压固结单元以及设置在加压固结单元上的三向循环荷载加载单元，加压固结单元包括箱体、设置在箱体内部的加压动力机构以及与加压动力机构传动连接的加压机构，三向循环荷载加载单元包括设置在箱体上的支撑框架以及设置在支撑框架上的三向荷载加载机构。与现有技术相比，本发明先利用加压固结单元模拟现场的地应力环境，实现土体的加压固结，再利用三向循环荷载加载单元对土体中的基础结构模型施加三向循环荷载，模拟基础长期承受三向循环荷载的作用，提高了试验结果的可靠性。

技术领域

本发明属于土木工程结构试验技术领域，涉及一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置。

背景技术

随着技术的发展，社会对能源的需求日益增加，加之人们的环保意识逐渐觉醒，污染大、消耗高的传统能源已经渐渐无法满足社会的发展需求，因此迫切需要发展新型清洁能源。海洋上储藏有数量巨大的风能，如将之运用，可极大程度地缓解社会发展的能源需求。近二十年来，海上风电机组在欧美等国迅速发展，在我国也已经进入实际应用阶段。

但是，风电机组在运行时，由于受到永不停歇的海浪以及海风的循环作用，使得其结构会发生缓慢的永久变形，这对设备运行是非常不利的。当累积的侧向变形发展到一定程度时，风电机组将无法工作。

因此，需要探究基础承受三向循环荷载时的累积变形预测以及承载力的弱化情况，而对这两方面的探究至今还缺乏较为可靠的分析方法。为了弥补理论分析的局限性，对于一些重要工程，需要结合室内模型试验进行分析，其中的关键技术有两点：(1)如何在1g模型试验条件下模拟现场的地应力环境；(2)如何模拟基础长期承受三向循环荷载的作用。

对于以上两个关键技术，前者需要试验装置能够在1g环境下实现土体的加压固结，后者则需要试验装置能够对基础模型施加三向循环荷载。而目前尚未有满足上述要求的装置。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可实现土体固结功能的三向循环荷载加载装置，该装置包括加压固结单元以及设置在加压固结单元上的三向循环荷载加载单元，所述的加压固结单元包括箱体、设置在箱体内部的加压动力机构以及与加压动力机构传动连接的加压机构，所述的三向循环荷载加载单元包括设置在箱体上的支撑框架以及设置在支撑框架上的三向荷载加载机构。将土体(饱和土样)置于箱体内，在加压动力机构的作用下，由加压机构对土体进行加压固结，之后将基础结构模型(包括但不限于桩基础、沉井加桩基础、群桩基础等)压入土体中，通过三向荷载加载机构对基础结构模型施加三向荷载。

进一步地，所述的加压动力机构包括多个均匀布设在箱体底部的拉力千斤顶以及与拉力千斤顶的活塞传动连接的传力杆，所述的加压机构设置在传力杆的顶端，并与传力杆固定连接。传力杆固定设置在拉力千斤顶的活塞上，由拉力千斤顶的活塞带动，沿竖直方向往复移动，进而带动加压机构上下运动。

作为优选的技术方案，所述的箱体内共设有4个拉力千斤顶，并且4个拉力千斤顶均匀布设在箱体的四个角处。

作为优选的技术方案，拉力千斤顶的外部设有罩壳。罩壳对拉力千斤顶进行保护。

作为进一步优选的技术方案，所述的罩壳的材质为金属。

进一步地，所述的加压机构包括设置在传力杆顶端的加压盖板以及设置在加压盖板底部的加压活塞。传力杆通过加压盖板带动加压活塞沿竖直方向向下运动，以对土体进行加压固结。

进一步地，所述的箱体内并列设有一对隔板，所述的加压活塞沿竖直方向移动设置在两隔板之间。隔板沿竖直方向设置在箱体内，并与箱体固定连接。隔板将拉力千斤顶与加压活塞相分隔，避免土体对拉力千斤顶的干扰。