[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

说明书

本发明公开了一种模拟离岸式桶型基础试验模型装置及沉贯试验方法，该装置包括试验系统、给水系统和负压调节系统三个部分；试验系统包括模型箱、吸力式桶形基础安装装置、桶型基础和消波板；给水系统包括自动水位控制装置和给水装置；负压调节系统包括水气分离装置和真空泵；其中自动水位控制装置能够维持模型箱内的水位高度，客观模拟出大海水平面稳定不变的情况；水气分离装置为吸力式桶形基础安装装置内部提供稳定的负压环境，且能够避免将水和砂土直接吸入真空泵中；本发明可用于模拟海洋环境下离岸式桶形基础沉贯过程，研究离岸式桶形基础贯入速度、桶壁与土体摩阻力以及沉贯所需负压大小，完善免开挖设计计算方法和相关施工技术。

技术领域

本发明涉及一种离岸式桶形基础沉贯试验装置，可用于模拟海洋环境下离岸式桶形基础沉贯过程，研究离岸式桶形基础贯入速度、桶壁与土体摩阻力以及沉贯所需负压大小，完善免开挖设计计算方法和相关施工技术。

背景技术

近年来，离岸式桶形基础广泛运用于海洋石油工业的采油平台基础、风电塔基、防波堤基础、海港建设等海洋工程中，其中采用的吸力桶技术实现了复杂海洋环境中离岸式桶形基础的免开挖安装，可用于预防和治理海床液化对离岸式桶形基础工程的危害，同时又能够加快施工速度，降低施工成本、缩短工期。

在目前的海洋工程中，吸力桶尚未作为免开挖施工中的打桩装置投入使用，更多的是作为固定结构或临时结构的基础形式，因此相关的免开挖设计计算方法和相关施工技术还有待完善，相比于理论解析方法和数值方法的研究采用既定的模型，计算所得的数据对计算参数的选取具有较大依赖性；而工程实测的方法较难实现海床动态变化的实时监测，且实测成本高，技术要求指标高，监测难度大，对环境条件依赖大。鉴于常重力下模型试验不影响土体微观结构，且桶形基础和吸力式桶形基础安装装置贯入速度以及桶壁与土体之间的摩阻力与试验情况相符，能够有效模拟实际工程中桶形基础和吸力式桶形基础安装装置的沉贯过程从而达到试验目的。

因此，为了完善免开挖设计计算方法和相关施工技术，确定离岸式桶形基础沉贯所需负压、贯入速度、桶壁与土体的摩阻力大小以及桶形基础与吸力式桶形基础安装装置之间的间距，亟需一种模拟离岸式桶形基础模型试验装置以及沉贯试验方法。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种模拟离岸式桶型基础试验模型装置及沉贯试验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明一方面提供了一种模拟离岸式桶型基础试验模型装置，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、吸力式桶形基础安装装置、桶型基础和消波板；所述给水系统包括自动水位控制装置和给水装置；所述负压调节系统包括水气分离装置和真空泵；

所述模型箱由前后左右以及底部五块有机玻璃组成，可实时观察模型箱中试验情况，有机玻璃之间通过玻璃胶密封连接；所述模型箱侧面底部设有一进水阀，可向模型箱内从下往上供水制备饱和土；所述模型箱内自下而上依次布设一定厚度的砂石层、钢丝网和土工布；所述土工布上方为饱和土；所述模型箱内注有距饱和土表面一定高度的无气水；所述饱和土模拟海床；所述无气水模拟海水环境；

所述吸力式桶形基础安装装置是由盖板和吸力桶本体组合而成的PVC桶；所述盖板上设有贯穿的通气孔和第一真空表阀；所述通气孔上设有抽气阀门，所述通气孔用于连通吸力式桶形基础安装装置和负压调节系统；所述第一真空表阀的底部设有阻水阻泥的保护装置，所述第一真空表阀用于实时监测吸力式桶形基础安装装置内的气压状态；

所述桶形基础为无底无盖的PVC桶；所述桶形基础能够通过机械卡扣固定在吸力桶本体外侧，并抵住吸力式桶形基础安装装置的盖板；所述吸力式桶形基础安装装置和桶形基础的中心轴重合且均放置于模型箱中心区域；所述桶形基础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；