[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

说明书

本发明为一种桩周土体刚度原位监测方法及测试系统、测试设备，该监测方法包括以下内容：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；一周一次对风机桩周土体刚度进行原位测试，每次测试时记录采集日期；所述原状土剪切波速测试设备在工作时产生相关的数据，对桩周测点的现场数据进行处理获得桩周土体刚度的三维时空模型。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。

技术领域

本发明涉及一种桩周土体刚度原位监测方法及测试系统、测试设备，测试设备为原状土剪切波速测试设备，监测方法及测试系统用于风机桩周现场土体刚度的测试。

背景技术

我国沿海地区广泛分布着深厚的第四纪泻湖相、滨海相等海相沉积软土层，主要为淤泥质黏土和淤泥质粉土(粉砂)夹层。由于地理位置与地质成因的不同，不同地区软土的微观结构和结构性存在差异，但都具有含水率高、孔隙比大、强度低、压缩系数和灵敏度高等特点。

通常为了简化计算，在分析桩-土相互作用时常把桩周土体简化成为均质介质，但是由于剪切模量及阻尼系数的非线性变化，土体特性在水平及竖直方向上并非均质，需要考虑桩基础惯性力引起的桩周影响区刚度计算模型。

早期学者将惯性影响区及影响弱化区进行分区，通过内外圆模型区分桩周土体的刚度衰减。然而，这些扰动区模型是基于轴对称平面应变假设及均质介质假设提出的，无法模拟短直桩的相互作用，而且这些模型并未充分考虑土体在竖向范围内的刚度变化。海上风机承受着台风、巨浪等荷载，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。基于此，本发明提出一种用于桩周现场原位测试的桩周土体刚度原位监测方法及测试系统、测试设备。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明拟解决的技术问题是：一种桩周土体刚度原位监测方法及测试系统、测试设备。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。该测试设备能够实现原位测试，同时测量不同土层的剪切波速，充分考虑土体在竖向范围内的刚度变化，避免了测量范围限制而带来的误差。该系统基于物联网通讯架构，以PC端和移动端(移动辅助设备)作为监控设备，通过5G技术实现监测数据的实时接收，可以远程在线获知桩周土体的剪切波速及其刚度的变化趋势，及时了解风机桩周影响范围内土体在水平及竖直方向的结构性和动力学特性。

本发明解决所述技术问题的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种桩周土体刚度原位监测方法，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，