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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明公开了一种可营造深水环境的桩土相互作用模型试验装置及测试方法，属于海洋岩土工程领域。该试验装置包括模型主筒、制样增容筒、加载试验筒、模型承重底座、模型加载顶盖、供水供气系统和加载控制与数据采集系统。本发明通过不锈钢模型筒与法兰盘结合，实现密封以及承受高水压与气压作用，完成深海沉积物形成以及深水环境模拟；通过加载试验筒中的反力支撑系统实现桩基的位移控制；通过加载控制与数据采集系统控制横向加载系统和轴向加载系统施加水平动荷载和轴向静荷载，完成土体扰动对桩基承载力影响的研究；综合土压力计与孔压传感器测量数据，确定桩基在水平动荷载作用下承载力变化规律以及桩周土的强弱时变演化规律。

主权项：1.一种可营造深水环境的桩土相互作用模型试验装置，其特征在于，该可营造深水环境的桩土相互作用模型试验装置包括模型主筒、制样增容筒、加载试验筒、模型承重底座、模型加载顶盖、供水供气系统和加载控制与数据采集系统，其中制样增容筒和加载试验筒不同时存在；所述的模型主筒用于对土样制作和桩基的放置，其包括第一圆形模型筒1、第一法兰底盘6、第一法兰顶盘7、密封胶条23和多孔不锈钢板42；其中，第一圆形模型筒1底部与第一法兰底盘6焊接，第一圆形模型筒1顶部与第一法兰顶盘7焊接，第一法兰顶盘7用于连接制样增容筒的第二法兰底盘8或加载试验筒的第三法兰底盘10；法兰盘的连接处设有密封胶条23，用于保证密封；多孔不锈钢板42设置在第一圆形模型筒1内，用于与模型底板4形成间隔以便于排水，通过多孔不锈钢调节地脚43支撑并控制间隔高度；所述的制样增容筒与模型主筒配合使用，用于对土样制作时保证泥浆不溢出；制样增容筒包括第二圆形模型筒2、第二法兰底盘8、第二法兰顶盘9和密封胶条23；其中，第二圆形模型筒2底部与第二法兰底盘8焊接，第二法兰底盘8连接第一法兰顶盘7；第二圆形模型筒2顶部与第二法兰顶盘9焊接，第二法兰顶盘9连接模型顶盖5；法兰盘的连接处设有密封胶条23，用于保证密封；所述的加载试验筒与模型主筒配合使用，用于提供模型试验所需的水平动荷载、桩基的支撑反力、传感器连接和试验观测；加载试验筒包括第三圆形模型筒3、第三法兰底盘10、第一密封连接件11、第三法兰顶盘12、传感器连接板13、第二密封连接件14、横向加载系统15、反力支撑系统22、密封胶条23和观察窗21；其中，第三圆形模型筒3底部与第三法兰底盘10焊接，第三法兰底盘10连接第一法兰顶盘7；第三圆形模型筒3顶部与第三法兰顶盘12焊接，焊接连接模型顶板5；横向加载系统15通过第二密封连接件14与第三圆形模型筒3连接，用于提供水平动荷载；反力支撑系统22通过第一密封连接件11与第三圆形模型筒3连接，用于为桩基提供支撑反力，限制其位移变化；连接处设有密封胶条23，用于保证密封；传感器连接板13用于不同试验所需的土压力计、孔压传感器与外部的连接，根据需要可更换4、8或12通道连接板；观察窗21用于试验过程中加载验筒内情况；所述的模型承重底座用于支撑上部荷载，提供排水通道，其包括模型底板4、支撑地脚16、地脚支撑板17、排水阀18和密封胶条23；其中，模型底板4用于连接第一法兰底盘6；支撑地脚16用于支撑桩土相互作用模型试验装置；地脚支撑板17置于模型底板4下方；排水阀18置于模型底板4的一侧，用于排出加压渗透过程中的水分；连接处设有密封胶条23，用于保证密封；所述的模型加载顶盖用于提供顶部密封、轴向压力和供水供气通道，完成数字图像观测；模型加载顶盖包括模型顶板5、进水进气阀19、轴向加载系统20、固定广角防水摄像头44和升降式防水摄像头45；其中，模型顶板5用于连接加载试验筒的第三法兰顶盘12或制样增容筒的第二法兰顶盘9；进水进气阀19用于通高压水或高压气体；轴向加载系统20设置在模型顶板5中间，用于精确控制位移或力，并测量轴向压力变化；固定广角防水摄像头44设置在模型顶板5底部，用于观察模型试验过程中的筒内情况；升降式防水摄像头45通过可升降的金属杆固定在模型顶板5底部，用于沿高度方向观察筒内情况，并确定土样的沉降情况；所述的供水供气系统用于提供高水压和高气压，其包括加水口46、加压阀47、压力表48、压力室49、排水排气阀50、空压机51和供气阀52；其中，加水口46用于压力室49内水位不足时快速加水；加压阀47用于给压力室49提供所需的空气压力；压力表48用于监测压力室内的压力情况；压力室49用于存储水并提供试验所需的水压；排水排气阀50与进水进气阀19相连，用于为试验持续提供水压；空压机51用于提供试验所需的总气压力；供气阀52用于连接加压阀47，提供气压力；所述的加载控制与数据采集系统用于控制加载装置并处理，其包括加载控制模块、数据采集模块和自动处理模块；其中，加载控制模块通过电脑的USB接口与横向加载系统15和轴向加载系统20连接，输入各项参数，控制加载数值、加载频率和加载波形；数据采集模块用于采集随模型桩一同压入的土压力计、孔压传感器；自动处理模块可实时生成轴向力、轴向位移、水平力和水平位移的时间关系曲线。

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