[发明专利]能够制备各向异性砂土试样的单桩循环加载模型试验系统

说明书

本发明涉及一种能够制备各向异性砂土试样的单桩循环加载模型试验系统，包括模型箱制备装置、单桩水平循环加载装置和滑轨，模型箱制备装置包括模型箱机构、砂雨法机构和撒砂机构，模型箱机构与滑轨滑动连接，砂雨法机构和单桩水平循环加载装置分别依次架设在滑轨的上方，撒砂机构设于砂雨法机构上。与现有技术相比，本发明可完成不同各向异性的砂土制取，可调整撒砂高度以改变试样的密实度，料斗在撒砂过程中可由机械操作省时省力且保证试样的均匀性；可实现单桩循环模型试验中水平循环荷载精确控制和连续稳定输出；撒砂的支撑架也可以作为沉桩装置；制样装置与加载试验装置一体化，功能齐全，操作简便。

技术领域

本发明涉及岩土工程物理模拟技术领域，尤其是涉及一种能够制备各向异性砂土试样的单桩循环加载模型试验系统。

背景技术

近年我国加快了对海上风力发电项目开发利用的步伐，大直径单桩基础以安装简便、施工速度快、经济性好等优点成为目前海上风电场利用率最高的海上风电机组基础形式，文献“Doherty P,Gavin K.The shaft capacity of displacement piles in clay:Astate of the art review.International Journal of Geotechnical and GeologicalEngineering,2011,29(4):389-410”指出已建成海上风电基础75％为大直径单桩基础，随着我国海上风电建设的快速发展，大直径单桩基础将在我国得到更广泛的应用。

目前大直径单桩基础的设计基本上沿用API规范与DNV规范等适用于传统小直径桩基础的设计方法，从而受到了广泛质疑。现行大直径单桩基础设计方法严重滞后于工程实践的矛盾日益突出，因此研究大直径单桩基础在水平静力及循环荷载作用下的变形特性与机理具有重要的现实意义。

现场试验能够真实的反映桩基实际的工作特性，是目前所有研究桩基受力及变形特性方法中最好的手段。但由于现场试验的代价高昂，且对边界条件的控制较难，因而其开展的数量有限且发展也十分缓慢。此外，现场试验中的试验桩受到的水平循环荷载作用的次数一般只有几百次，而对于在其正常工作年限内遭受成千上万次波浪荷载作用的海上风机桩基础而言，目前现场试桩的循环次数实在太少。

室内模型试验是桩基础研究的重要手段，室内模型实验主要有1g条件下的模型试验和土工离心机试验。通过土工离心机试验，可以获得较好的模型相似关系，但是离心机试验成本较高，而且循环次数有限，目前应用最广的是1g(常重力)条件下的模型试验，通过参数无量纲化可以建立1g模型试验与现场原型之间的对应关系，如文献“LeBlanc C,HoulsbyG T,Byrne B W.Response of stiff piles in sand to long-term cyclic lateralloading.Geotechnique,2010,60(2):79-90”所提出的无量纲化做法。目前关于单桩长期水平循环的加载装置基本上都类同与上述LeBanc等(2010)文献所研制的设备，该设备无法制备各向异性(不同沉积角度)的砂土试样，且该设备试验误差较大，自动化程度较低。因此迫切需要一种能够制备各向异性砂土试样的单桩循环加载模型试验系统，包括能制备均匀且密实度不同的各向异性砂土地基的模型箱制备装置，以及精度高、响应快、加载稳定且能完成大数目循环加载的单桩水平循环加载装置。

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能够制备各向异性砂土试样的单桩循环加载模型试验系统，包括一套能制备均匀且可改变密实度的各向异性砂土地基的模型箱制备装置，和精度高、响应快、加载稳定且能完成大数目循环加载的单桩水平循环加载装置，模型箱制备装置可完成不同各向异性(沉积角度)的砂土制取，可调整撒砂高度以改变试样的密实度，料斗在撒砂过程中可由机械操作省时省力且保证试样的均匀性；单桩水平循环加载装置可实现单桩循环模型试验中水平循环荷载精确控制和连续稳定输出；撒砂的支撑架也可以作为沉桩装置；制样装置与加载试验装置一体化，功能齐全，操作简便。