[发明专利]一种用于模拟海上风电嵌岩桩多场耦合作用的试验系统

说明书

本发明公开了一种用于模拟海上风电嵌岩桩多场耦合作用的试验系统，其技术方案为：包括水槽主体，水槽主体内部设置海上风电嵌岩桩，海上风电嵌岩桩置于岩土试验箱中，岩土试验箱置于地震模拟系统上；海上风电嵌岩桩一侧设置变向风场模拟系统，变向风场模拟系统能够提供180°空间变化的风场；水槽主体内部安装造波系统，水槽主体侧面安装供排水系统，水槽主体底部设有造流系统。本发明可实现全部荷载的模拟，能够实现台风风向180度实时变换模拟，可以实现水槽、振动台和岩土试验箱三者之间的协同工作。

技术领域

本发明涉及建筑用试验设备技术领域，尤其涉及一种用于模拟海上风电嵌岩桩多场耦合作用的试验系统。

背景技术

极端海况下桩-土界面的动力荷载传递十分复杂，台风强度大、湍流度高且时空变异性显著；台风以及其诱发的极端波浪水平作用于桩上的同时，还直接作用于海床，从而引起附加压应力和超静孔压；地震作用下海床也将产生超静孔压，与桩基间存在非线性动力耦合；其次海洋环境中的水流同样对嵌岩桩具有重要的影响。嵌岩桩在这些荷载效应耦合下的动力响应特征还未能得以全面揭示，且此对于海上嵌岩桩的工程应用具有极其重要的现实意义。试验研究是明确嵌岩桩-海床体系动力响应的最直观手段。然而，由于海上环境恶劣使得现场试验难度极大，数值模拟所得结果受参数设置的影响较大，室内模型试验可重复性高，试验条件可控，操作方便，数据可靠，成为试验研究的一种重要手段。其中，水下振动台是进行海洋结构动力耦合分析的最有效的试验装备，但目前所有的水下振动台是直接将海工构造物置于振动台上，此无法模拟真实的工况。

发明人发现，目前现有的海上风机荷载模拟多为水槽与振动台的结合，只可实现风机上部结构的模拟；或者水槽与岩土试验箱的结合，只可实现海床的模拟，无法进行地震荷载的施加。其缺点主要有：

(1)在试验中对真实海上风电嵌岩桩所承担的台风、波浪、潮汐、水流、地震等多个荷载只可进行某个或某几个荷载的模拟，无法进行全部荷载的模拟。

(2)在试验中对桩基所受台风的模拟大多施加在某一固定不变的方向，只改变台风的大小和频率，然而真实的台风其方向随时间不断变化。

(3)传统岩土试验箱四壁多为刚性连接的钢板，无法实现层剪效果，对桩基的约束较大，尺寸效应亦很明显。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于模拟海上风电嵌岩桩多场耦合作用的试验系统，可实现全部荷载的模拟，能够实现台风风向180度实时变换模拟，可以实现水槽、振动台和岩土试验箱三者之间的协同工作。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种用于模拟海上风电嵌岩桩多场耦合作用的试验系统，包括水槽主体，水槽主体内部设置用于模拟海床的海上风电嵌岩桩，海上风电嵌岩桩置于岩土试验箱中，岩土试验箱置于地震模拟系统上；海上风电嵌岩桩一侧设置变向风场模拟系统，变向风场模拟系统能够提供180°空间变化的风场；水槽主体内部安装造波系统，水槽主体侧面安装供排水系统，水槽主体底部设有造流系统。

作为进一步的实现方式，所述造波系统一侧安装第一消波器，第一消波器位于水槽主体一端；水槽主体另一端安装第二消波器。

作为进一步的实现方式，所述变向风场模拟系统包括组合风源，所述组合风源与竖直滑动导轨滑动连接，垂直滑动导轨与转向滑动导轨滑动连接；所述转向滑动导轨安装于三角桁架一侧。

作为进一步的实现方式，所述三角桁架设置于水槽主体上方，且能够沿水槽主体移动；三角桁架的横截面呈半圆形。

作为进一步的实现方式，所述地震模拟系统包括振动台和第三控制台，所述振动台设置于岩土试验箱下方，且振动台与第三控制台相连。