[发明专利]一种模拟离岸式桶型基础试验模型装置及沉贯试验方法

权利要求书

1.一种模拟离岸式桶型基础试验模型装置，其特征在于，包括试验系统、给水系统和负压调节系统三个部分；所述试验系统包括模型箱(1)、吸力式桶形基础安装装置(2)、桶型基础(3)和消波板(4)；所述给水系统包括自动水位控制装置(5)和给水装置(6)；所述负压调节系统包括水气分离装置(7)和真空泵(8)；

所述模型箱(1)由前后左右以及底部五块有机玻璃组成；所述模型箱(1)侧面底部设有一进水阀(1-1)，可向模型箱(1)内从下往上供水制备饱和土(1-5)；所述模型箱(1)内自下而上依次布设砂石层(1-2)、钢丝网(1-3)和土工布(1-4)；所述土工布(1-4)上方为饱和土(1-5)；所述模型箱(1)内注有高于饱和土(1-5)表面的无气水(1-6)；所述饱和土(1-5)模拟海床；所述无气水(1-6)模拟海水环境；

所述吸力式桶形基础安装装置(2)是由盖板(2-1)和吸力桶本体(2-2)组合而成的PVC桶；所述盖板(2-1)上设有贯穿的通气孔(2-3)和第一真空表阀(2-4)；所述通气孔(2-3)上设有抽气阀门；所述第一真空表阀(2-4)的底部设有阻水阻泥的保护装置，用于实时监测吸力式桶形基础安装装置(2)内的气压状态；

所述桶形基础(3)为无底无盖的PVC桶；所述桶形基础(3)能够通过机械卡扣固定在吸力桶本体(2-2)外侧，并抵住吸力式桶形基础安装装置(2)的盖板(2-1)；所述吸力式桶形基础安装装置(2)和桶形基础(3)的中心轴重合且均放置于模型箱(1)中心区域；所述桶形基础(3)外壁沿竖直方向按一定距离固定至少一列微型孔隙水压力传感器(3-1)；

所述消波板(4)平行并靠近于模型箱(1)一侧面安装，插入土层一定深度，且格栅开口底部略高于饱和土(1-5)表面，用以消除给水时产生的剧烈水位波动对试验的影响；在平行并靠近消波板(4)的模型箱(1)侧面上部安装自动水位控制装置(5)，所述自动水位控制装置(5)深入无气水(1-6)中一定深度；

所述水气分离装置(7)由第二真空表阀(7-1)、进气口(7-2)、出气口(7-3)和水气分离瓶组成；所述水气分离瓶上设有进气阀(7-4)和排水排泥阀(7-5)；所述第二真空表阀(7-1)用于实时监控水气分离瓶内的负压状态；所述进气口(7-2)通过气管与吸力式桶形基础安装装置(2)的通气孔(2-3)连通；所述出气口(7-3)通过气管与真空泵(8)相连通；所述真空泵(8)由负压调节表阀控制其负压值。

2.根据权利要求1所述的一种模拟离岸式桶型基础试验模型装置，其特征在于，所述试验系统中的饱和土(1-5)与无气水(1-6)的体积视模型箱(1)的体积、桶形基础(3)的高度和贯入深度确定；所述吸力式桶形基础安装装置(2)的尺寸可利用相似原理通过桶形基础原型尺寸确定；所述吸力式桶形基础安装装置(2)的盖板(2-1)与吸力桶本体(2-2)一体制成；所述吸力式桶形基础安装装置(2)的盖板(2-1)直径需大于桶型基础(3)外径；所述桶型基础(3)上端面抵住吸力式桶形基础安装装置(2)的盖板(2-1)后再利用机械卡扣固定，使得两者固定后一同贯入饱和土(1-5)中；所述桶形基础(3)与吸力桶本体(2-2)之间存在一定间距。

3.根据权利要求1所述的一种模拟离岸式桶型基础试验模型装置，其特征在于，所述消波板(4)为钢板，消波板(4)和与其平行且靠近的有机玻璃板之间的距离由进水需求确定，以减少模型箱(1)内进水引起的水位剧烈波动对试验的不利影响；所述消波板(4)具有长格栅开口(4-1)和短格栅开口(4-2)，上下两个短格栅开口(4-2)构成一组，与长格栅开口(4-1)均匀相间分布于消波板(4)上。

4.根据权利要求1所述的一种模拟离岸式桶型基础试验模型装置，其特征在于，所述给水系统中的给水装置(6)用于给模型箱(1)内补充无气水(1-6)；所述自动水位控制装置(5)内设有浮子，浮子高度随着模型箱(1)内的水位线变化；当水位线下降时，浮子高度随着水位线下降，当水位线低于预设水位时自动水位控制装置(5)开启，给水装置(6)供水；当水位线慢慢上升后，浮子高度随着水位线而上升，当水位线到达预设水位时自动水位控制装置(5)关闭，给水装置(6)停止供水。