全文摘要
本实用新型涉及一种模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱。本实用新型的目的是旨在通过模型箱试验探究海底桩基在海底泥石流灾害时的受力机制。本实用新型的技术方案是：该模型箱具有盛装水的模型槽、置于模型槽水位以下的模型桩和滑道，以及用于监测模型桩的监测装置；所述模型槽底板上设有上部呈开口状的桩周土室，桩周土室内装满填土并在填土中插入所述模型桩；所述桩周土室的一侧侧壁顶部活动连接长板状的滑道，该滑道连接用于调整滑道倾斜角度的调整机构；所述滑道一端活动连接所述桩周土室，另一端上方设有泥浆箱，泥浆箱底部设有朝向下方滑道的排浆管并装有排浆阀门Ⅰ。本实用新型适用于海底滑坡灾害研究领域。
主设计要求
1.一种模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，其特征在于：具有盛装水的模型槽(1)、置于模型槽水位以下的模型桩(4)和滑道(5)，以及用于监测模型桩的监测装置；所述模型槽(1)底板上设有上部呈开口状的桩周土室(3)，桩周土室内装满填土并在填土中插入所述模型桩(4)；所述桩周土室(3)的一侧侧壁顶部活动连接长板状的滑道(5)，该滑道连接用于调整滑道倾斜角度的调整机构；所述滑道(5)一端活动连接所述桩周土室(3)，另一端上方设有泥浆箱(6)，泥浆箱底部设有朝向下方滑道的排浆管(2)并装有排浆阀门Ⅰ(7)。
设计方案
1.一种模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，其特征在于：具有盛装水的模型槽(1)、置于模型槽水位以下的模型桩(4)和滑道(5)，以及用于监测模型桩的监测装置；
所述模型槽(1)底板上设有上部呈开口状的桩周土室(3)，桩周土室内装满填土并在填土中插入所述模型桩(4)；
所述桩周土室(3)的一侧侧壁顶部活动连接长板状的滑道(5)，该滑道连接用于调整滑道倾斜角度的调整机构；
所述滑道(5)一端活动连接所述桩周土室(3)，另一端上方设有泥浆箱(6)，泥浆箱底部设有朝向下方滑道的排浆管(2)并装有排浆阀门Ⅰ(7)。
2.根据权利要求1所述的模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，其特征在于：所述调整机构包括固定于模型槽(1)侧壁上的滑道调节电机(17)，滑道调节电机经绕于其输出轴上的钢丝绳悬吊所述滑道(5)的远离桩周土室(3)端。
3.根据权利要求1所述的模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，其特征在于：所述监测装置包括下述装置中至少一种：
两个位移计，其中一个安装在所述模型桩(4)的顶端，另一个安装在露出所述桩周土室(3)中填土的模型桩(4)中段；
若干粘贴在所述模型桩(4)外侧的应变片，应变片的导线自通孔穿入模型桩内部；
安装于所述模型桩(4)外侧的模式压力传感器和孔压传感器；
布置于所述模型槽(1)外侧的PIV传感器；
布置于所述模型槽(1)外侧的高清摄像机和两个高速摄像机，其中高清摄像机的镜头对准所述滑道(5)，两个高速摄像机的镜头分别对准所述滑道(5)两端。
4.根据权利要求1所述的模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，其特征在于：所述桩周土室(3)由固定于所述模型槽(1)底板上的若干竖向挡板(31)围成，其中连接所述滑道(5)的挡板高于该挡板相对侧的挡板。
5.根据权利要求4所述的模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，其特征在于：与所述滑道(5)相连的挡板(31)及其相对侧的挡板的顶部连线与水平面之间形成的夹角与所述滑道(5)倾斜角度之间的差值小于等于30°。
6.根据权利要求1所述的模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，其特征在于：所述模型槽(1)为长方体，顶部开口，该模型槽底板为钢板，四周侧壁为有机玻璃板并有围箍的铁条加固。
7.根据权利要求1或6所述的模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，其特征在于：所述模型槽(1)远离滑道侧的侧壁上设有排浆口(10)和排水口(8)，排浆口(10)上配有排浆阀门Ⅱ(11)，排水口(8)上装有排水阀门(9)，所述排水口(8)高于排浆口(10)。
8.根据权利要求1所述的模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，其特征在于：所述模型槽(1)底部设有用于调节模型槽高度的液压千斤顶。
9.根据权利要求1所述的模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，其特征在于：所述泥浆箱(6)经吊装机构支撑于地面，吊装机构包括吊装支架(14)和安装于吊装支架上的泥浆箱调节电机(15)，泥浆箱调节电机经吊钩(13)悬吊所述泥浆箱(6)。
10.根据权利要求1所述的模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，其特征在于：所述滑道(5)上表面设有从靠近所述桩周土室(3)端到远离桩周土室端的凹槽，凹槽宽度为滑道宽度的1\/2。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱。适用于海底滑坡灾害研究领域。
背景技术
随着海洋资源和能源的深入开发和利用，海洋工程作业场区和工程设施建设逐渐向深水区发展。同时海洋风机、海底管道、海底电缆等海洋设施面临的海底地质灾害问题也越来越复杂，极易受到破坏并造成严重的经济损失甚至人员伤亡。海底滑坡作为在近海三角洲以及大陆架范围常见的一种地质过程，已成为对海洋工程结构甚至人类生命安全威胁最大的地质灾害之一。
海底滑坡有两个方面，一方面为即使在地形坡度很小的情况下，其形成的碎屑流凭借“滑水”效应，可高速滑动至数百千米远，这种高速冲击将可能给海底设施造成破坏性影响；另一方面海底滑坡的赋存环境在水面以下，滑坡形成机制和运移调整收到波浪作用的影响较大。
海底桩基在遭遇海底滑坡地质灾害后，会对其产生结构性的损伤，而且由于水深较大，海底地貌崎岖复杂，海底结构物破坏后的维修难度、维修费用均相对较大，甚至无法修复。
且目前对于海底滑坡灾害对于桩基的作用的研究非常有限，为了保证海底桩基在泥石流灾害中的安全，只能尽可能的放大安全系数，从而产生了巨大的不必要的花费。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在问题，提供一种模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，旨在通过模型箱试验探究海底桩基在海底泥石流灾害时的受力机制。
本实用新型所采用的技术方案是：一种模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，其特征在于：具有盛装水的模型槽、置于模型槽水位以下的模型桩和滑道，以及用于监测模型桩的监测装置；
所述模型槽底板上设有上部呈开口状的桩周土室，桩周土室内装满填土并在填土中插入所述模型桩；
所述桩周土室的一侧侧壁顶部活动连接长板状的滑道，该滑道连接用于调整滑道倾斜角度的调整机构；
所述滑道一端活动连接所述桩周土室，另一端上方设有泥浆箱，泥浆箱底部设有朝向下方滑道的排浆管并装有排浆阀门Ⅰ。
所述调整机构包括固定于模型槽侧壁上的滑道调节电机，滑道调节电机经绕于其输出轴上的钢丝绳悬吊所述滑道的远离桩周土室端。
所述监测装置包括下述装置中至少一种：
两个位移计，其中一个安装在所述模型桩的顶端，另一个安装在露出所述桩周土室中填土的模型桩中段；
若干粘贴在所述模型桩外侧的应变片，应变片的导线自通孔穿入模型桩内部；
安装于所述模型桩外侧的模式压力传感器和孔压传感器；
布置于所述模型槽外侧的PIV传感器；
布置于所述模型槽外侧的高清摄像机和两个高速摄像机，其中高清摄像机的镜头对准所述滑道，两个高速摄像机的镜头分别对准所述滑道两端。
所述桩周土室由固定于所述模型槽底板上的若干竖向挡板围成，其中连接所述滑道的挡板高于该挡板相对侧的挡板。
与所述滑道相连的挡板及其相对侧的挡板的顶部连线与水平面之间形成的夹角与所述滑道倾斜角度之间的差值小于等于30°。
所述模型槽为长方体，顶部开口，该模型槽底板为钢板，四周侧壁为有机玻璃板并有围箍的铁条加固。
所述模型槽远离滑道侧的侧壁上设有排浆口和排水口，排浆口上配有排浆阀门Ⅱ，排水口上装有排水阀门，所述排水口高于排浆口。
所述模型槽底部设有用于调节模型槽高度的液压千斤顶。
所述泥浆箱经吊装机构支撑于地面，吊装机构包括吊装支架和安装于吊装支架上的泥浆箱调节电机，泥浆箱调节电机经吊钩悬吊所述泥浆箱。
所述滑道上表面设有从靠近所述桩周土室端到远离桩周土室端的凹槽，凹槽宽度为滑道宽度的1\/2。
本实用新型的有益效果是：本实用新型利用置于模型箱中的滑道和置于滑道上方的泥浆箱模拟泥流的发生装置，利用布置在模型箱内庄周土室中的模型桩模拟海底桩基，从而模拟实现了海底滑坡对海底桩基的冲击情况，进一步实现了海底泥流对于海底桩基所产生应力和应变关系、海底泥流对于海底桩基结构的破坏机理以及海底泥流对于海底桩基防灾措施的研究。
附图说明
图1为实施例中模型箱的结构示意图。
图2为实施例中泥浆箱的吊装支架结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例为一种模拟海底滑坡冲击海底桩基的模型箱，具有盛装水的模型槽1、置于模型槽水位以下的模型桩4和滑道5，以及用于监测模型桩的监测装置。
本例中，模型槽1为长方体，顶部开口，该模型槽底板为钢板，四周侧壁为有机玻璃板并有围箍的铁条加固；模型槽1远离滑道5侧的侧壁上设有排浆口10和排水口8，排浆口10上配有排浆阀门Ⅱ11，排水口8上装有排水阀门9，排水口8高于排浆口10；模型槽1外侧标有刻度且零刻度位置设置在高于底部 10cm处，模型槽1底部设有用于调节模型槽1高度的液压千斤顶。
模型槽1底部的钢板上设有上部呈开口状的桩周土室3，桩周土室内装满填土并在填土中插入模型桩4。其中桩周土室3由固定于模型槽1底部的钢板上的若干竖向挡板31围成。
滑道5为长板状，并在该滑道的上表面设有与滑道长度方向平行的凹槽，凹槽宽度为滑道宽度的1\/2。滑道5一端为固定端，并通过铰链或调节螺栓12 可活动的连接于桩周土室3一侧的挡板31顶部，另一端为调节端连接有用于调整滑道倾斜角度的调整机构。其中连接滑道5的挡板31高于该挡板相对侧的挡板，并且与滑道5相连的挡板31及其相对侧的挡板的顶部连线与水平面之间形成的夹角与滑道5倾斜角度之间的差值不大于30°。
模型槽1靠近滑道5的调节端的内壁上设有用于搁置该滑道的挡块16；滑道5的调节端上方设有泥浆箱6，泥浆箱6底部设有朝向下方滑道的排浆管2并装有排浆阀门Ⅰ7。
泥浆箱6经吊装机构支撑于地面，吊装机构包括底部安装有滚轮的吊装支架14和安装于吊装支架上的泥浆箱调节电机15(如图2)，泥浆箱调节电机经吊钩13悬吊泥浆箱6。
本例中，调整机构包括固定于模型槽1侧壁上的滑道调节电机17，滑道调节电机17经绕于其输出轴上的钢丝绳悬吊滑道5的远离桩周土室3端，并通过钢丝绳牵引调整滑道5的倾斜角度；滑道调节电机17输出端设有卷盘或卷筒。
本例中，监测装置通过信号线接至计算机上的数据采集系统，包括下述装置中至少一种：
两个用于记录模型桩4受泥流冲击时位移的位移计，其中一个安装在模型桩4的顶端，两一个安装在露出桩周土室3中填土的模型桩4中部；
多个间隔8cm粘贴在模型桩4外侧的应变片，应变片的导线自通孔穿入模型桩内部，用于每隔一定时间自动记录在泥流连续作用下的数据；
安装于模型桩4外侧的模式压力传感器和孔压传感器，模式压力传感器用于记录模型桩4在受泥流冲击时的侧面受力情况，孔压传感器用于记录模型桩桩周孔压；
布置于模型槽1外侧相应位置的PIV传感器，PIV传感器用于采集一定时间内模型槽1内的场流；
布置于模型槽1外侧相应位置的高清摄像机和两个高速摄像机，其中高清摄像机的镜头对准滑道5，两个高速摄像机的镜头分别对准滑道5两端；高速摄像机是指能以很高帧数进行摄像的摄像机，用于测试记录泥流的初始速度及将与模型桩4发生碰撞时的速度；高清摄像机是指能以很高的分辨率进行摄像的摄像机，用于记录泥流沿滑道5滑下时的形态。
本实施例的具体实施步骤如下：
1、在桩周土室3内填土，填土分下层的砂砾层和上层的软土层，填筑软土层的过程中，每填土15～20cm进行均匀压实、注水并布置孔压传感器，土体饱和静止后再进行下一层填土，每层填土填筑完成后保证填土上表面水平且在填筑下一层之前进行刮毛处理，避免人为分层；其中填土为商业高岭土或软土，砂砾层和软土层的填筑厚度根据具体的实验方案进行调节；
2、通过与滑道调节电机15连接的钢丝绳牵引调整滑道5的倾斜角度至实验所需的角度，并在滑道5上的凹槽内填充沙土或黏土；
3、在桩周土室3内填土中插装模型桩4，模型桩插装之前，先在模型桩外表面粘贴应变片，应变片外部涂有一层环氧树脂加以保护并将其导线从模型桩内穿出，然后在模型桩外侧布置模式压力传感器、顶部布置位移计，最后在模型桩底部安装一个圆锥套头，用于方便将模型桩4压入土中，并保护模型桩内部导线；其中应变片、模式压力传感器和位移计均通过信号线接至计算机上的数据采集系统；用于模拟研究实际工程的模型桩4采用钢管，其直径和壁厚根据实际工程等比例缩小获得，模型桩4深入填土深度根据实际试验要求确定，其范围一般为模型桩直径的5～20倍；
4、模型桩4布置完成后在模型槽1内注水；
5、在模型槽1外侧相应位置布置PIV传感器、高清摄像机和两个高速摄像机，并将PIV传感器、高清摄像机和两个高速摄像机均通过信号线接至计算机上的数据采集系统；其中高清摄像机的镜头对准滑道5，两个高速摄像机的镜头分别对准滑道5两端；
6、向泥浆箱6中填装所需泥浆，利用液压千斤顶将模型槽1升至相应高度后，将泥浆箱6的排浆管2出口对准滑道5的调节端上方；
7、打开泥浆箱6的排浆管2上的排浆阀门Ⅰ7，记录试验数据；
8、泥浆箱6内泥浆流尽后结束实验，并回收模型槽1和实验用土；
9、最后，处理实验所得数据。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920002373.0
申请日:2019-01-02
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:86(杭州)
授权编号:CN209636877U
授权时间:20191115
主分类号:E02D 33/00
专利分类号:E02D33/00
范畴分类:36C;36E;
申请人:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
第一申请人:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
申请人地址:310014 浙江省杭州市下城区潮王路22号
发明人:孙淼军;单治钢;王敬勇;徐学勇
第一发明人:孙淼军
当前权利人:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
代理人:韩小燕
代理机构:33101
代理机构编号:杭州九洲专利事务所有限公司 33101
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计