过沉头螺钉相连，埋置于土槽系统中；锚胫连接板锚模型上板面并竖直向上穿过海床土，与系缆连接；孔压传感器埋置于板锚上板面和下面板之间，其信号线通过引线柱引出后与同步采集系统连接，从而避免与土体直接接触而造成循环拉拔过程中传感器的磨损以致失效。
[0071]试验土槽主要由不锈钢制成，并配置试验段玻璃槽壁，土槽内铺设砂子用于模拟土床，砂子上有水层，用于模拟海流；土槽是整个试验装置的坐落平台，该平台主体由不锈钢制成。试验段侧壁由钢化玻璃制成，便于观察和记录板锚在循环拉拔过程中，其周围土体的变形破坏及失效模式。该部分要实现对板锚循环拉拔过程中的动力响应予以测量及采集。包括板锚竖向位移，所受循环载荷及其周围模拟海床土体孔隙水压的实时同步测量。
[0072]土槽主体为不锈钢材质，加载系统坐落在土槽主体上，钢化玻璃侧壁位于试验段。工字钢支撑梁由槽钢柱支撑，位于土槽上方，用以直接承受由板锚循环拉拔过程中产生的竖向载荷。孔压传感器随模型板锚埋置于土中一定深度，其信号线通过引线柱引出，测量板锚循环拉拔过程中海床土在板锚上下表面产生的孔隙水压响应；水下拉力传感器沿系缆连接加载弹簧，测量施加在板锚上的循环载荷；激光位移传感器固定于土槽上，用以测定板锚在循环拉拔过程中产生的竖向位移；十字支撑架固定于机架上，立管垂直于床面，引线柱随板锚模型的锚胫沿着竖直方向上穿出床面；各个感应元件信号线接头与多通道同步采集系统连接，实现包括孔压、位移、拉力等动力响应的同步测量。
[0073]操作步骤如下:
[0074]1.调试循环加载系统:
[0075](I)根据板锚模型的大小及埋深，确定循环载荷的幅值大小。
[0076](2)在曲柄盘上选择合适的孔位连杆。
[0077](3)根据板锚模型大小和弹簧往复行程，选择合适刚度的加载弹簧。
[0078](4)根据实验所需常载荷大小，调整配重块。
[0079]2.制备海床及安装板锚模型:
[0080](I)组装板锚模型，并埋置孔压传感器。
[0081](2)由实验要求的埋深，埋置板锚模型，并整平床面。
[0082](3)根据板锚模型埋深、加载弹簧长度，调节支撑梁的高度。
[0083](4)在板锚模型埋置位置的正上方横梁固定定滑轮，将由加载系统引出的系缆绕过定滑轮，依次安装拉力传感器、加载弹簧，连接锚胫。
[0084](5)待土体完成固结。
[0085]3.板锚极限动承载力测定过程:
[0086](I)启动循环加载系统。打开步进电机，开始对板锚模型实施循环加载，并同时打开多通道采集系统。
[0087](2)根据实验要求(加载周次、频率等)，持续循环拉拔过程直至实验结束，关闭步进电机和米集系统。
[0088](3)回收板锚模型，依次断开与系泊缆绳、加载弹簧、拉力传感器等的连接，完成该次试验。
【主权项】
1.一种模拟循环载荷下板锚极限动承载力的测试系统，其特征在于，包括: 板锚模型，包括上面板、下面板、锚胫，其中所述上面板与下面板之间可拆卸连接；所述上面板和下面板埋设于床面下； 用于将所述板锚模型限定为垂直于所述床面移动的十字支撑架，固定在土槽上，所述锚胫连接上面板与所述十字支撑架； 循环载荷加载装置，用于向露出所述床面上方的水面的所述锚胫施加循环载荷，包括: 传动装置，将电机输入的匀速转动转换为模拟正弦的往复转动；输入端与电机主轴连接，输出端与位移载荷转化装置连接； 所述位移载荷转化装置，将上述往复转动转化为指定常荷载与模拟正弦荷载叠加的循环荷载；包括线筒、加载弹簧以及配重块；所述线筒中心轴与所述传动装置输出端连接；所述配重块通过绳索绕设在线筒上；所述加载弹簧一端通过绳索绕设在所述线筒上，另一端连接在所述锚胫上； 位移修正装置，用于根据所述板锚模型的位移调整绳索的长度，使得循环载荷不因多周期的累积板锚模型位移而发生衰减；包括单向轴承，所述线筒包括所述线筒中心轴和套设于所述线筒中心轴上的外筒，所述单向轴承设置在所述线筒中心轴与外筒之间； 测量装置，包括用于测量施加在所述板锚模型上循环载荷拉力的拉力传感器、用于测量所述板锚模型在垂直床面方向位移的激光位移传感器、用于测量所述板锚模型在循环载荷下上面板与下面板之间孔隙压力变化的孔压传感器和用于对上述传感器的工作进行同步触发和采集传输的多通道数据同步采集系统。
2.根据权利要求1所述的模拟循环载荷下板锚极限动承载力的测试系统，其特征在于，所述传动装置包括第一传动装置和第二传动装置，其中，所述第一传动装置将输入的匀速转动转换为往复平动；第二传动装置将输入的往复平动转换为往复转动。
3.根据权利要求2所述的模拟循环载荷下板锚极限动承载力的测试系统，其特征在于: 所述第一传动装置包括曲柄盘、连杆和滑块； 所述曲柄盘中心与所述电机主轴固定连接； 所述曲柄盘上设置有至少一个轴孔； 所述连杆一端与所述第二传动装置输入端铰接，另一端与所述轴孔铰接； 所述滑块固定在所述第二传动装置输入端； 在固定于土槽的机架上设有水平直线导轨，所述滑块能在所述水平直线导轨上滑动。
4.根据权利要求3所述的模拟循环载荷下板锚极限动承载力的测试系统，其特征在于: 所述第二传动装置包括齿条和齿轮； 所述齿条一端与所述连杆一端连接，所述齿条与所述齿轮啮合； 所述齿轮的中心轴与所述线筒中心轴传动连接或固定连接； 所述滑块底部具有与所述水平直线导轨配合的滑槽，所述滑块顶部与所述齿条底部连接。
5.根据权利要求4所述的模拟循环载荷下板锚极限动承载力的测试系统，其特征在于: 连接在所述线筒与加载弹簧之间的绳索缠绕在至少一个定滑轮上。
6.根据权利要求5所述的模拟循环载荷下板锚极限动承载力的测试系统，其特征在于: 所述拉力传感器设置在连接所述加载弹簧与板锚之间的绳索上； 所述激光位移传感器设置在所述土槽上； 所述孔压传感器设置在所述上面板与下面板之间。
7.根据权利要求1-6任一所述的模拟循环载荷下板锚极限动承载力的测试系统，其特征在于: 还包括供所述传感器穿线的引线柱；引线柱设置在所述上面板上； 所述十字支撑架包括立管和呈十字交叉设置在所述立管周围的十字架，所述引线柱设于所述立管内，且与所述立管之间具有间隙； 所述锚胫穿过所述上面板的四个角分别与所述十字架的四个端点连接后均连接在所述循环载荷加载装置上。
【专利摘要】本发明提供一种模拟循环载荷下板锚极限动承载力的测试系统，包括：板锚模型、用于将板锚模型的锚胫限定为垂直于床面移动的十字支撑架、循环载荷加载装置和测量装置；循环载荷加载装置用于向锚胫施加循环载荷，包括将电机输入的匀速转动转换为模拟正弦的往复转动的传动装置、将往复转动转化为指定常荷载与模拟正弦荷载叠加的循环荷载位移载荷转化装置和用于根据板锚模型的位移调整绳索的长度，使循环载荷的幅值不因多周期的累积板锚模型位移而发生衰减的位移修正装置。本方案能有效控制循环载荷的幅值、获得循环拉拔过程中板锚周围土体的孔隙水压，直接观测板锚及其周围土体的破坏过程，对循环载荷下板锚的极限承载性能进行合理评估。
【IPC分类】E02D33-00
【公开号】CN104727354
【申请号】CN201510086665
【发明人】胡存, 高福平, 汪宁
【申请人】中国科学院力学研究所
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月25日