[发明专利]一种吸力锚试验装置和试验方法

说明书

一种海上锚固试验装置和试验方法，特别涉及一种适于不同复合加载模式的吸力锚试验装置和试验方法。该装置包括吸力锚模型、试验槽和安装在试验槽上的组合框架。该组合框架包括U型旋转框架结构、水平固定支架、竖向固定支架；每个支架上分别安装对吸力锚模型施加激励的动力源及编码器组件，形成运动伺服控制执行系统，使组合框架下的吸力锚模型可以处于旋转运动、水平移动、垂直移动的多种形式的联动状态，产生使吸力锚处于不同复合加载模式的工况。集成了信号采集系统的信号采集通道与吸力锚相连接，固定在组合框架上。本发明装置结构简单、操作方便；本方法可以同时或单独完成吸力锚的竖向沉贯试验、水平加载试验、扭转加载试验、多向加载试验。

技术领域

本发明涉及一种海上锚固试验装置技术领域，特别是涉及一种不同复合加载模式的吸力锚试验装置和试验方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展，海洋资源的利用开发力度越来越大。包括固、气能源的开采、波浪能的收集。特别是波浪能，由于具备可再生、无污染、储量大、品质好(以机械能形式出现)、分布面广、可预测性强等优势，使其逐渐发展成为一种新型的替代能源。在波浪能研究和利用过程中，有必要充分考虑吸力锚的承载特性；尤其是在我国沿海海域较厚的软质黏土沉积条件下，更要注重吸力锚固基础的应用研究。

当海上风暴来临时，吸力锚在长期上拔力与多向力非共面动荷载作用下，其周围土体将经受更大范围的变形扰动，吸力锚的极端承载特性将受到很大影响。当前，已经开展的吸力锚结构的承载特性研究中所构建的吸力锚试验装置通常只考虑单一上拔力荷载，或上拔力与单一水平方向共面复合荷载作用。而在真实海洋环境中，由于受系泊结构的影响，在波浪荷载作用下，吸力锚经受的荷载通常是长期的非共面复合动荷载。，此种荷载工况下复杂。特别是面对沿海常见的软黏土地基时，吸力锚失效机制及承载特性就更加复杂，对其研究就成为亟待解决的关键科学问题。

综上，考虑真实工况，构建适应不同复合加载模式下的新型吸力锚试验装置显得尤为重要。因此，为了更好的开展波浪换能技术的研究，需要研制一种适于不同复合加载模式的吸力锚试验装置；并利用该发明的装置，形成一种针对复合荷载作用工况的试验方法。

发明内容

本发明的目的，是提供一种新型的吸力锚试验装置和试验方法。采用该吸力锚试验装置和试验方法开展吸力锚试验，可解决在一台试验装置上单独或同时开展多方位吸力锚失效机制及承载特性研究技术问题，使不同复合加载模式下吸力锚承载特性试验研究变得简单、易行。

本发明采取的技术方案是：

一种吸力锚试验装置，包括吸力锚模型、试验槽；所述试验槽为空腔结构，盛装有试验土体；所述吸力锚试验装置还包括安装在所述试验槽上的组合框架；所述的组合框架包括：固设在所述试验槽上的环形导轨；在所述环形导轨上旋转连接的U型旋转框架结构；所述环形导轨径向上固设的水平固定支架；在所述水平固定支架内侧滑动连接的竖向固定支架；所述竖向固定支架上连接的能上、下移动的竖直移动结构；所述竖直移动结构上连接的锁止装置，用以将所述竖直移动结构锁定在所述竖向固定支架上；所述吸力锚模型吊装在所述竖直移动结构下部，位于所述试验槽盛装的试验土体内；所述吸力锚试验装置还包括对所述吸力锚模型施加载荷的伺服控制执行系统；所述的伺服控制执行系统包括：所述竖向固定支架上安装的竖直动力源及编码器组件，用于驱动所述竖直移动结构在所述竖向固定支架上做上、下移动；所述水平固定支架上安装的水平动力源及编码器组件，用于驱动所述竖向固定支架沿所述水平运动导轨做直线移动；所述U型旋转框架结构的顶部横梁上端安装的旋转动力源及编码器组件，用于驱动所述U型旋转框架结构在所述环形导轨上围绕所述试验槽轴线做平面转动；所述吸力锚试验装置还包括集成了数据采集系统的数据采集通道，所述数据采集通道固设在所述组合框架上。

所述环形导轨上部有环形导轨槽，所述U型旋转框架结构下部设置有与所述环形导轨槽配合使用的旋转移动滑块，所述旋转移动滑块束缚在所述环形导轨槽内，带动所述U型旋转框架结构沿所述环形导轨槽，在所述环形导轨上围绕所述试验槽轴线做平面转动。