[发明专利]一种桩靴穿刺模拟的试验装置

说明书

本发明公开了一种桩靴穿刺模拟的试验装置，包括离心实验箱、旋转机构、机械臂和桩靴穿刺装置，其中离心实验箱是由一个底板及四个侧板通过螺栓连接组装成上端开口的长方体；旋转机构包括电机和传动机构，电机的输出轴与传动机构固定连接，电机及其传动机构设置于离心实验箱的背面；机械臂的其动力输入端与述传动机构的输出端固定连接；桩靴穿刺装置设置于所述机械臂的动力输出端。本发明公开了一种桩靴穿刺模拟的试验装置，选择半桩靴或全桩靴、竖直型穿刺柱或转弯型穿刺柱作为穿刺柱，模拟桩靴插桩，开展相关试验，解决目前因缺乏模拟桩靴穿刺的试验装置而不能较好地对主动穿刺开展深入研究的问题。

技术领域

本发明涉及土工离心机桩靴插拔试验技术领域，具体涉及一种桩靴穿刺模拟的试验装置。

背景技术

自升式钻井平台拖到预定位置后，通过向压载舱注水，将自升式钻井平台的桩靴压入海底以达到支撑整个自升式钻井平台的承载力。海底地质复杂，压载过程中桩靴如遇到上硬下软土层，当桩靴穿过上部硬土层、到达下部软土层时，由于承载力的急剧下降，桩靴将会快速下沉，造成重大事故，这类事故被称之为穿刺事故。

为了避免桩靴压载过程中的穿刺事故，现常在插桩前进行主动穿刺，降低硬土层的承载力。目前关于自升式钻井平台插桩前主动穿刺的研究较少，关于钻孔法主动穿刺的作用机制以及对穿刺风险消除效果，也没有相关规范或标准对其明确规定。因此，就如何进行主动穿刺，以及主动穿刺过程中的钻孔数量、钻孔直径等参数及其影响未形成明确共识，究其原因在于，目前缺乏模拟桩靴穿刺的试验装置，不能较好地对主动穿刺开展深入研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桩靴穿刺模拟的试验装置，用以解决目前因缺乏模拟桩靴穿刺的试验装置而不能较好地对主动穿刺开展深入研究的问题。

本发明提供一种桩靴穿刺模拟的试验装置，包括：

离心实验箱，所述离心实验箱是由一个底板及四个侧板通过螺栓连接组装成上端开口的长方体；

旋转机构，包括电机和传动机构，所述电机的输出轴与传动机构固定连接，所述电机及其传动机构设置于离心实验箱的背面；

机械臂，其动力输入端与述传动机构的输出端固定连接；

桩靴穿刺装置，设置于所述机械臂的动力输出端。

优选地，所述传动机构包括电机、减速器、传动轴、底座和轴承，所述减速器设置于电机的输出轴上，所述减速器与所述底座之间通过传动轴相连，所述机械臂与所述传动轴的输出端相连接，以使所述机械臂在所述离心实验箱上方转动；所述轴承设置于所述传动轴与所述底座的结合处。

优选地，所述机械臂包括升降液压缸、第一转弯构件、水平伸缩液压缸、第二转弯构件和压载液压缸，所述升降液压缸与所述水平伸缩液压缸之间通过第一转弯构件连接，所述水平伸缩液压缸与所述压载液压缸之间通过第二转弯构件连接，以形成一个整体；所述升降液压缸与所述旋转机构的传动轴固定连接。

优选地，所述桩靴穿刺装置包括底盘和至少一个穿刺柱，所述底盘固定于所述压载液压缸的末端。

优选地，所述穿刺柱包括半桩靴，所述半桩靴的底部带有半圆板。

优选地，所述半桩靴配置有圆扩展环或方扩展环；所述圆扩展环为1/2的圆环，所述圆扩展环的内部设置有半圆弧凹槽，所述半圆弧凹槽的弧度为π，所述半桩靴的半圆板的圆弧边缘设置有凸缘，所述半桩靴的凸缘插入所述圆扩展环的半圆弧凹槽内，且通过螺栓固定连接；所述方扩展环的外形为方形，由左右两部分拼接而成，每个拼接的左部或右部的中间设置圆弧，圆弧上设置有半圆弧凹槽，所述半圆弧凹槽的弧度为π，当两个所述方扩展环拼接时，中部的圆弧正好拼成一个整圆；所述半桩靴的凸缘插入所述方扩展环的半圆弧凹槽内，且通过螺栓固定连接。

优选地，所述半圆板内设有压力传感器安装孔，所述压力传感器安装孔内设置有压力传感器。