[发明专利]不同约束条件下锚链与土切向抗力测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种不同约束条件下锚链与土切向抗力测试装置及方法，该装置主要包括机架、试验箱、气压加载系统、电机伺服加载系统、传动装置、锚链单元等。该装置设置气囊通过可移动板向下部装实验土样施加竖向压力，控制可移动板的移动状态模拟不同的约束条件；通过传动装置将电机伺服加载系统施加的位移传递给锚链，并通过传动装置中的力传感器进行力的测量。本发明的装置可以模拟常应力和常体积的约束条件，通过气囊可以模拟不同地层压力，从而实现测定不同约束条件下的锚链与土的切向相互作用，能够为工程锚链入土段的计算提供重要设计参数，对于锚点在海底泥面以下的锚泊系统设计有重要参考意义。

技术领域

本发明涉及一种试验装置，尤其涉及一种不同约束条件下锚链与土切向抗力测试装置及方法，用于测量不同地层应力不同约束条件下锚链与土在切向方向上发生相对位移时的抗力。

背景技术

在海洋工程领域，通常会采用锚固基础和锚链对海上浮式构筑物(如海上钻井平台、勘探平台等)进行固定，目前应用最广泛的是吸力锚，这种锚固基础通常有一定埋置深度以改善锚的受力状态从而发挥更大的承载力，与锚链的连接点通常位于锚固基础埋深的2/3处，因此锚链需要一定的入土深度。

已有研究认为，上部荷载传递到锚固基础上的荷载大小主要与锚链与土的切向剪切相关，锚链与土的切向剪切作用决定着锚链的张力，进而影响着整个锚泊系统的安全性。实际工程中，锚链与土的相互作用的约束相对复杂，一般认为常体积和常应力是两种极端的约束条件。目前国内外没有相关的实验装置可以对不同约束条件下锚链与土的切向剪切抗力进行测量的装置，本实验装置能弥补该技术领域的空白，为工程锚链入土段的计算提供重要设计参数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不同约束条件下锚链与土切向抗力测试装置及方法，该装置能够测量不同约束条件下锚链与土切向抗力，弥补在锚链与土单元实验的标定的空白。该装置的特点是：通过气囊对实验中的土进行加压以模拟土体的原始应力状态，通过调节可移动板的约束控制常应力或者常体积的约束条件，通过电机伺服加载系统施加往返荷载，对实验过程中的锚链张力进行测量，从而测算出锚链与土的切向抗力。

本发明采取以下技术方案：

不同约束条件下锚链与土切向抗力测试装置，包括机架、试验箱、气压加载系统、电机伺服加载系统、传动装置、锚链单元；所述的试验箱固定于机架中部，其顶部设置顶板，顶板下依次设置气囊、可移动板及实验土样；可移动板由气囊驱动仅可沿纵向移动，且可通过固定装置与试验箱箱体固定，试验箱的左右侧壁上各开孔安装有直线滑动轴承，左右两只直线滑动轴承的导杆的一端与埋于土样中的锚链两端分别连接，另一端与传动装置连接；气压加载系统调控气囊内的压力，传动装置将电机伺服加载系统施加的位移传递给锚链，并通过传动装置内的力传感器进行力的测量。

上述技术方案中，进一步的，所述的试验箱由前、后两块固定板、底部卡槽板、可拆卸顶板及左右两块移板构成；底部卡槽板上设置有若干平行卡槽，左、右移板可嵌入不同卡槽内形成不同体积的试验箱，在两块固定板上开有竖向导槽供可移动板嵌入实现纵向移动。

进一步的，所述的传动装置包括钢绞线、四只定滑轮、两只力传感器及两只挂钩；所述的四只定滑轮固定在机架上，且两两分设于试验箱左、右两侧，钢绞线依次绕过四只定滑轮后一端连接第一力传感器，再连接一只直线滑动轴承的导杆后通过挂钩与锚链一端连接，钢绞线另一端连接第二力传感器，再连接另一只直线滑动轴承的导杆后通过挂钩与锚链另一端连接，电机伺服加载系统与钢绞线连接用于施加指定位移。

进一步的，电机加载系统包括伺服电机，伺服电机与钢绞线连接用于施加指定的位移。

进一步的，所述的气压加载系统包括方形气囊、气管、压力表以及空压机，所述的方形气囊设置在试验箱内可移动板上方，通过可移动板对土体施加竖向压力；位于气囊顶部中心开有气囊出气口，通过气管与空压机相连，气管上设置有压力表。

进一步的，所述的锚链单元包括5个单链环。