[发明专利]上拔过程中吸力桶基础内部破坏机理的试验装置及方法

说明书

本发明属于海洋岩土工程室内模型技术领域，涉及上拔过程中吸力桶基础内部破坏机理的试验装置及方法，通过透明土模型试验结合吸力桶结构以及数字图像技术，在可视化的状态下研究深海吸力基础由于上拔速率不同所产生的不同破坏机理。该试验装置主要由电源、透明土试样模型箱、加载系统、升降试验平台、激光器、电脑、CCD工业相机、吸力桶模型和荧光颗粒组成。本发明可以针对不同区域进行局部分析在上拔过程中的变形演化，通过图像处理技术，根据不同时刻的图片以此来分析吸力桶基础在上拔过程中的变形、内力分布规律；通过追踪荧光粒子观察渗流过程中水流的方向，揭示其破坏机理。装置结构简单、实用性强、技术经济可行。

技术领域

本发明属于海洋岩土工程室内模型技术领域，涉及上拔过程中吸力桶基础内部破坏机理的试验装置及方法。

背景技术

近年来，深海吸力基础在海上风力发电和海洋石油平台等大型海洋工程中得到了广泛的应用。深海吸力基础在持续和波浪造成的循环上拔力作用下，负压引起向桶内的渗流，渗入水在桶顶与土面间形成拓空区，吸力基础向上位移，使承载力下降甚至失稳。由于不同的上拔速率会使吸力桶基础产生不同的破坏机理，因此研究上拔速率对吸力桶破坏机理的影响对于吸力桶更好的运用于海洋工程中具有重要的意义。但是由于天然土体的不可视化，大部分室内模型试验都采用半模型的方式。目前对于吸力桶破坏机理的研究国内外还大部分依靠数值模拟来讨论，因此，本发明提出了一种基于透明土模型试验研究上拔过程中吸力桶基础破坏机理的试验装置和试验方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供上拔过程中吸力桶基础内部破坏机理的试验装置及方法，不但可以有效的反映海洋工程中吸力桶基础在上拔过程中负压引起向桶内的渗流，吸力桶桶顶与土面之间拓空区的变化以及吸力桶内部土体向上的位移，而且还可以改变上拔力加载的方式，研究持续加载和循环加载的工况，结构简单、实用性强、技术经济可行。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

上拔过程中吸力桶基础内部破坏机理的试验装置，通过透明土模型试验结合吸力桶结构以及数字图像技术，在可视化的状态下研究深海吸力基础由于上拔速率不同所产生的不同破坏机理；所述的试验装置主要由电源1、透明土试样模型箱2、加载系统3、升降试验平台4、激光器5、电脑6、CCD工业相机7、吸力桶模型9和荧光颗粒12组成；

所述的升降试验平台4主要由外壳、实心圆柱杆4b、光学平台板4c和试验平台底座4e组成；所述的实心圆柱杆4b共四根，垂直固定在试验平台底座4e的四角，实心圆柱杆4b外壁上设有套丝4a；所述的光学平台板4c上设有四个通孔，与实心圆柱杆4b的位置相对应，实心圆柱杆4b穿过光学平台板4c上的通孔，光学平台板4c通过固定螺帽4d固定在实心圆柱杆4b上，通过调节光学平台板4c在实心圆柱杆4b上的位置实现整个平台的升降；所述的外壳为上下开口的长方体结构，套在实心圆柱杆4b、光学平台板4c和试验平台底座4e的外部；

所述的透明土试样模型箱2为上部开口的长方体箱体，置于光学平台板4c上；透明土试样模型箱2内部填充透明土试样，透明土试样模型箱2中上部的透明土试样中均匀混有荧光颗粒12；

所述的吸力桶模型9为底部开口、顶部密封的桶型结构，垂直贯入透明土试样中；吸力桶模型9的顶部中心设有螺杆10，用于连接加载系统3；吸力桶模型9的顶部安装有万向水平仪11，用于控制加载系统3与螺杆10连接的垂直度；所述的加载系统3安装在螺杆10上，与吸力桶模型9成为一体，加载系统3对吸力桶模型9稳定施加持续荷载或循环荷载，控制吸力桶模型9的贯入速度和上拔速度；

所述的激光器5用于提供连续激光光源，激光器5位于透明土试样模型箱2的侧面，通过柱面透镜照射在吸力桶模型9内部，产生扇面激光散斑图像；

所述的CCD工业相机7用于拍摄不同时刻激光器5在吸力桶模型9内部形成的激光散斑图像，CCD工业相机7位于透明土试样模型箱2的侧面，与激光器5所在的透明土试样模型箱2的侧面相邻；