[发明专利]一种桩周土体刚度原位监测方法及测试系统、测试设备

权利要求书

1.一种桩周土体刚度原位监测方法，海上风机承受着台风、巨浪荷载，这些荷载再通过桩基础传递给海床土体，风机桩周土体特性在外载作用下将发生明显变化，作为风机基础的主要承载体，桩周土体刚度的变化会直接影响风机的响应稳定性，该监测方法首次实现了对风机桩周土体刚度的三维时空监测，获得风机桩周影响范围内土体在三维空间内的结构性和动力学特性变化，该监测方法包括以下步骤：

步骤1：安装调试设备，

对原状土剪切波速测试设备进行组装、调试，确定激发信号、频率和传播距离，并测试原状土剪切波速测试设备、5G信号传输是否能正常工作；

步骤2：确定测点位置，

对风机桩周土体进行测试，在水平方向着重考虑4倍桩径范围内的土体刚度变化，以桩径D为间距布置测点，同时在自由场布设1个测点作为对照；每个测点沿桩埋深方向，根据初始测量地基土体特性布置竖向测点，每层土体至少布置2个竖向测点；

步骤3：现场原位测试，

通过原状土剪切波速测试设备一周一次对风机桩周土体刚度进行原位测试，如遇到偶然灾害时，提高对灾后桩周土体测试频率，每次测试时记录采集日期；

步骤4：归纳建模，

所述原状土剪切波速测试设备在工作时产生相关的数据，通过5G基站将数据传至远程数据接收站，所述数据接收站再将剪切波速和测点位置信息传输到数据处理PC，所述数据处理PC对桩周测点的现场数据进行初步分析，并传输至管理终端；管理终端处理、显示与存储桩周土体刚度的三维时空模型，并通过云服务器存储数据；

所述原状土剪切波速测试设备沿竖向等间距布置多组弯曲元传感器，能原位测试竖向不同深度的剪切波速信息，同时能获得不同竖向测点的深度位置信息和水平位置信息；

数据处理PC结合GPS高程信息和GPS至每组弯曲元传感器的距离，计算得到每组弯曲元传感器的深度位置信息；根据前期的安装调试确定同组弯曲元传感器的发射端与接收端之间的距离L(t)，然后根据计算剪切波速v(t)，获得每组弯曲元传感器的剪切波速；再通过对4倍桩径(4D)范围内的多个测点重复测试，获得所有测点内的每组弯曲元传感器的剪切波速；

进而归纳存储数据为每个桩号对应的采集日期测得的不同水平和竖向测点位置采集的各测点的剪切波速数据，包括的关键信息为桩号、采集日期、测点水平位置、竖向测点位置、各测点的剪切波速，并按照上述的关键信息进行存储，数据处理PC与远程管理终端通信；所述管理终端获得数据处理PC归纳存储桩号的相关数据后，再结合土样密度ρ，按照G(t)＝ρ·v²(t)计算出不同测点位置各组弯曲元传感器的剪切模量，不同土层的土样密度不同，由前期实验确定；以剪切模量、测点水平位置、竖向测点位置、采集日期、桩号这些数据信息建立土体刚度的三维时空模型，实现数据可视化；

所述自由场处的土认为是不受桩基扰动的，土体刚度基本不受影响，设置对照测点用于评价桩周土体刚度受扰动程度，所有测点在水平面内均沿桩周方向均匀分布，测点呈圆周辐射状分布，同一半径上的测点为一组，相邻组测点之间的夹角为45°；

通过三维时空模型直观分析桩周土体刚度的变化，从而指导风机的稳定性分析；通过比较自由场处土体刚度与桩周影响范围内土体刚度来评价影响范围内土体的受扰动程度。