[发明专利]一种用于鼓式离心机桩基模型的横向力加载装置及方法

权利要求书

1.一种用于鼓式离心机桩基模型的横向力加载装置，其特征在于，包括：

鼓式离心机，所述鼓式离心机高速旋转产生离心力，模拟实际地层的重力场；

模型箱，所述模型箱设置于所述鼓式离心机内部用于盛放土体；

桩基模型，所述桩基模型设置于所述鼓式离心机内部，插入所述模型箱的土体中；

载荷施加机构，所述载荷施加机构向所述桩基模型周期性施加横向力并能改变施力方向；

数据采集机构，所述数据采集机构设置于所述桩基模型处，采集所述载荷施加机构施加横向力过程中，所述桩基模型的多个力学参数。

2.根据权利要求1所述的一种用于鼓式离心机桩基模型的横向力加载装置，其特征在于，所述鼓式离心机，包括：

鼓盘，所述鼓盘为所述离心机内部侧壁空腔，所述模型箱设置于所述鼓盘内部，并与其大小契合；

工作台，所述工作台设置于所述鼓盘中央，用于搭载所述载荷施加机构和所述数据采集机构。

3.根据权利要求2所述的一种用于鼓式离心机桩基模型的横向力加载装置，其特征在于，所述载荷施加机构，包括：

机械手，所述机械手的一端固定于所述工作台处，另一端与所述桩基模型连接并将其顶入所述鼓式离心机内部安放的所述模型箱，模拟桩基入土过程；

扭转拉力机，所述扭转拉力机设置于所述机械手和所述桩基模型之间，为所述桩基模型提供所需的拉力；

电机，所述电机驱动所述扭转拉力机；

拉力环，所述拉力环套设于所述桩基模型外壁；

拉力环轴承，所述拉力环轴承套设于所述拉力环外圈；

绳索，所述绳索的一端与所述扭转拉力机连接，另一端与所述拉力环轴承连接，进行拉力的传递；所述电机激励传递到所述扭转拉力机，使所述绳索绷紧通过所述拉力环轴承传递给套在所述桩基模型外圈的拉力环，实现对所述桩基模型的横向力加载；

360度换向器，所述360度换向器与所述扭转拉力机连接，通过外部计算机控制并驱动所述360度换向器，从而带动扭转拉力机，实现扭转拉力机施力方向的改变。

4.根据权利要求3所述的一种用于鼓式离心机桩基模型的横向力加载装置，其特征在于，所述拉力环的高度能够按需调整，即调节拉力环在桩基模型上的卡套位置，并通过所述机械手调节扭转拉力机和桩基模型底部的相对高度，从而实现横向力作用点的改变。

5.根据权利要求3所述的一种用于鼓式离心机桩基模型的横向力加载装置，其特征在于，通过外部计算机控制所述360度换向器按照设定转速换向，从而模拟周期循环横向力的加载过程：

当所述360度换向器按设定时间间隔完成180°旋转时，能够模拟波峰、波谷对桩基模型施加的周期性水平波浪力；

当所述360度换向器按照设定转速持续不断换向，能够模拟真实环境荷载对桩基四周产生的循环横向力的加载过程。

6.根据权利要求3所述的一种用于鼓式离心机桩基模型的横向力加载装置，其特征在于，所述拉力环附带拉力环轴承，保证所述桩基模型在所述扭转拉力机施力方向改变时，绕着桩基轴线转动，保持稳定，并随之改变受力方向；

外部计算机控制所述360度换向器按需换向，带动与其通过螺栓固定的扭转拉力机转动，所述绳索在拉力作用下绷紧，所述拉力环轴承随之转动，改变所述桩基模型所受横向力的方向，实现所述桩基模型任意径向皆可加载横向力的目的。

7.根据权利要求3所述的一种用于鼓式离心机桩基模型的横向力加载装置，其特征在于，所述360度换向器，包括：

转动环，所述转动环与所述扭转拉力机连接；

换向器电机，所述换向器电机设置于所述转动环中心；

换向器控制单元，所述换向器控制单元与所述换向器电机连接，通过计算机控制所述换向器控制单元驱动所述换向器电机，带动所述转动环驱动驱动所述扭转拉力机，实现换向。