CN102966125A - 输变电工程地基基础加载试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输变电工程地基基础加载试验系统，包括：试验槽和加载系统；加载系统包括垂直加载系统和/或水平加载系统。垂直加载系统包括：平行间隔设置的两个垂直加载主梁，各垂直加载主梁具有Π形结构且横跨所述试验槽的两个相对侧；垂直加载连接梁，横跨设置在两个垂直加载主梁上；以及垂直加载设备，设置在垂直加载连接梁上且与垂直加载连接梁垂直，用于向地基基础施加垂直加载力。水平加载系统包括：水平反力梁，位于试验槽的表面且与垂直加载主梁平行；以及水平加载设备，设置在水平反力梁上且与水平反力梁垂直，用于向地基基础施加水平加载力。本发明实现了对输变电工程地基基础进行垂直和/或水平加载试验。

Description

输变电工程地基基础加载试验系统

技术领域

本发明涉及输变电工程技术，尤其涉及一种输变电工程地基基础加载试验系统。

背景技术

地基基础是如输变电工程等土木工程的一个重要组成部分。在输变电工程技术领域中，地基基础具有明显的行业特点：

（1）输电线路距离长、跨越区域广、沿途地形与地质条件复杂、地基土物理力学性质差异性大，设计和施工中需考虑的边界条件较多。

（2）地基基础所承受的荷载特性复杂，基础在承受拉/压交变荷载作用的同时，也承受着较大的水平荷载作用。通常情况下，抗拔和抗倾覆稳定性是输电线路基础设计的控制条件。而建筑等行业一般建筑物结构的自重大，基础主要受下压力作用，基础的抗压稳定性通常是其设计的主要控制条件，这与输电线路基础差异较大。因此，输电线路基础设计时既要满足上拔稳定性、下压稳定性又要满足倾覆稳定性的要求。既要利用土的地耐力承受压力，又要利用土的重力和自身强度抵抗上拔力，只有极大限度发挥地基承载力特性，才能设计出最优的线路基础。

（3）地基基础施工现场具有分散性，且受地形、地质、运输条件等限制和影响。

（4）地基基础分布“点多面广”，而且所处位置情况复杂，地质勘测资料有限，且比较粗浅，对地基土地质资料的掌握难以做到准确可靠。

（5）由于架空输电线路等输变电工程地基基础呈点、线分布，所处位置的地形地貌情况复杂，传统建筑地基基础的检测方法与手段的应用会受到不同程度的限制，输变电工程地基基础检测技术与检测水平在一定程度上落后于其它行业。

因此，对输变电工程等工程地基基础进行加载试验研究，有利于根据试验结果指导实际环境的地基基础设计，以提高地基基础设计的可靠性。但是，现有技术中缺少针对上述输变电工程地基基础的专用加载试验系统。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明提供一种输变电工程地基基础加载试验系统，用以实现对工程地基基础进行垂直和/或水平加载试验。

本发明提供一种输变电工程地基基础加载试验系统，包括：

用于设置待进行加载试验的地基基础的试验槽，以及用于向所述地基基础加载的加载系统；

所述加载系统包括：垂直加载系统，和/或，水平加载系统；

所述垂直加载系统包括：平行间隔设置的两个垂直加载主梁，各所述垂直加载主梁具有Π形结构且横跨所述试验槽的两个相对侧；垂直加载连接梁，横跨设置在两个所述垂直加载主梁上；以及垂直加载设备，设置在所述垂直加载连接梁上且与所述垂直加载连接梁垂直，用于向所述地基基础施加垂直加载力；

所述水平加载系统包括：水平反力梁，位于所述试验槽的表面且与所述垂直加载主梁平行；以及水平加载设备，设置在所述水平反力梁上且与所述水平反力梁垂直，用于向所述地基基础施加水平加载力。

本发明提供的输变电工程地基基础加载试验系统，可将待进行加载试验的地基基础设置在试验槽中，通过垂直加载系统对地基基础施加垂直加载力以进行垂直加载试验，和/或，通过水平加载系统对地基基础施加水平加载力以进行水平加载试验。通过对地基基础进行垂直加载和/或水平加载试验研究，有利于根据试验结果指导实际环境的地基基础设计，进而有利于提高地基基础设计的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的输变电工程地基基础加载试验系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的上拔加载试验系统的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的下压加载试验系统的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的水平加载试验系统的结构示意图；

图5为本发明实施例五提供的上拔加载和水平加载的组合试验系统的结构示意图；

图6为本发明实施例六提供的下压加载和水平加载的组合试验系统的结构示意图；

图7为本发明工程地基基础试验系统可进行的加载试验以及可测试的参数示例。

附图标记：

1-试验槽；            4-地基基础；            22-垂直加载连接梁；

23-垂直加载设备；     31-水平反力梁；         32-水平加载设备；

211-横梁；            212-立柱；              231-第一液压千斤顶；

232-第一油泵；        233-第一压力传感器；    5-计算机系统；

321-第二液压千斤顶；  322-第二油泵；          323-第二压力传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明以下实施例的序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

图1为本发明实施例一提供的输变电工程地基基础加载试验系统的结构示意图。如图1所示的输变电工程地基基础加载试验系统包括：试验槽1以及加载系统。

试验槽1用于设置待进行加载试验的地基基础，如试验槽1可为矩形试验槽，槽内设置有用来提供和模拟地基基础周围介质的抗力的土体，待加载的地基基础4底部可埋设土体中且地基基础4的顶部露出土体表面。

加载系统用于向地基基础4加载。根据向地基基础4所需加载的力不同，加载系统可包括：垂直加载系统，和/或，水平加载系统。

垂直加载系统用于向地基基础4施加垂直加载力。垂直加载系统可包括：平行间隔设置的两个垂直加载主梁，各垂直加载主梁具有Π形结构且横跨试验槽1的两个相对侧；垂直加载连接梁22，横跨设置在两个垂直加载主梁上；以及垂直加载设备23，设置在垂直加载连接梁22上且与垂直加载连接梁22垂直，用于向地基基础4施加垂直加载力。

水平加载系统用于向地基基础4施加水平加载力。水平加载系统包括：水平反力梁31，位于试验槽1的表面且与垂直加载主梁平行；以及水平加载设备32，设置在水平反力梁31上且与水平反力梁31垂直，用于向地基基础4施加水平加载力。

本实施例提供的输变电工程地基基础加载试验系统，可将待进行加载试验的地基基础设置在试验槽中，通过垂直加载系统对地基基础施加垂直加载力以进行垂直加载试验，和/或，通过水平加载系统对地基基础施加水平加载力以进行水平加载试验。通过对地基基础进行垂直加载和/或水平加载试验研究，有利于根据试验结果指导实际环境的地基基础设计，进而有利于提高地基基础设计的可靠性。

可选的，如图2所示，垂直加载系统中，每个垂直加载主梁包括：一横梁211和两根立柱212，两根立柱212分别设置在试验槽1的两个相对侧，横梁211横跨在两个立柱212上，垂直加载连接梁22横跨设置在两个横梁211的顶部。工程地基基础试验系统如此设置，可对地基基础施加垂直向上的加载力即上拔力，以进行地基基础的上拔加载试验。可选的，垂直加载设备可包括：第一液压千斤顶231，设置在垂直加载连接梁22上且与垂直加载连接梁22垂直；以及，第一油泵232，与第一液压千斤顶231连接，用于为第一液压千斤顶231提供内部油压力。

可选的，如图3所示，垂直加载系统中，每个垂直加载主梁包括：一横梁211和两根立柱212，两根立柱212分别设置在试验槽1的两个相对侧，横梁211横跨在两个立柱212上，垂直加载连接梁22横跨设置在两个横梁211的底部。工程地基基础试验系统如此设置，可对地基基础施加垂直向下的加载力即下拔力，以进行地基基础的下压加载试验。可选的，垂直加载设备可包括：第一液压千斤顶231，设置在垂直加载连接梁22上且与垂直加载连接梁22垂直；以及，第一油泵232，与第一液压千斤顶231连接，用于为第一液压千斤顶231提供内部油压力。

在对地基基础进行上拔加载试验（图2）或下压加载试验（图3）的加载系统还可包括：第一压力传感器233和计算机系统5。第一压力传感器233的数量可以为一个或多个。每个第一压力传感器233与第一油泵232连接，用于测量232第一油泵提供给第一液压千斤顶231的内部油压力。计算机系统5分别与第一压力传感器233和第一油泵232连接，用于采集第一压力传感器233的测量数据，并根据第一压力传感器233的测量数据控制第一油泵232的电机启停，以使第一油泵232向第一液压千斤顶231提供的内部油压力保持在预设油压范围。试验过程中，可根据试验荷载进行预先分级和允许掉载量，通过第一压力传感器传递的信号控制第一油泵的电机的启停。如果实际加载量达到预设加载级别时，可保持第一油泵向第一液压千斤顶提供的内部油压力；如果实际加载量小于预设加载级别，可增加第一油泵向第一液压千斤顶提供的内部油压力，由此实现自动恒载、自动补载功能。

可选的，如图4所示，水平加载系统中，水平加载设备可包括：第二液压千斤顶321和第二油泵322。第二液压千斤顶321可设置在水平反力梁31上且与水平反力梁31垂直。第二油泵322与第二液压千斤顶321连接，用于为第二液压千斤顶321提供内部油压力。工程地基基础试验系统如此设置，可对地基基础施加水平方向的加载力即水平加载力，以进行地基基础的水平加载试验。

可选的，输变电工程地基基础加载试验系统还可包括：第二压力传感器323和计算机系统5。第二压力传感器323的数量可为一个或多个。每个第二压力传感器323与第二油泵322连接，用于测量第二油泵322提供给第二液压千斤顶321的内部油压力。计算机系统5分别与第二压力传感器323和第二油泵322连接，用于采集第二压力传感器323的测量数据，并根据第二压力传感器323的测量数据控制第二油泵322的电机启停，以使第二油泵322向第二液压千斤顶321提供的内部油压力保持在预设油压范围。试验过程中，可根据试验荷载进行预先分级和允许掉载量，通过第二压力传感器传递的信号控制第二油泵的电机的启停。如果实际加载量达到预设加载级别时，可保持第二油泵向第二液压千斤顶提供的内部油压力；如果实际加载量小于预设加载级别，可增加第二油泵向第二液压千斤顶提供的内部油压力，由此实现自动恒载、自动补载功能。

上述图2、图3和图4分别是基于工程地基基础试验系统，单独进行上拔加载试验、下压加载试验和水平加载试验的相应系统结构示意图。在实际应用过程中，可能需要对地基基础同时进行不同方向力的组合加载试验，基于本发明提供的输变电工程地基基础加载试验系统可满足该应用需求。

例如：基于本发明提供的输变电工程地基基础加载试验系统可进行上拔加载和水平加载的组合试验，如图5所示。

又例如：基于本发明提供的输变电工程地基基础加载试验系统还可进行下压加载和水平加载的组合试验，如图6所示。

可见，本发明提供的输变电工程地基基础加载试验系统适用范围广，可满足工程地基基础多种特性研究的要求。

在上述任一输变电工程地基基础加载试验系统中，为了测试地基基础的位移，可选的，输变电工程地基基础加载试验系统还可包括：基准梁、磁性表座和位移传感器。基准梁相对地面固定设置且位于相距地基基础预设距离处。磁性表座设置在基准梁上。位移传感器的数量可为一个或多个，每个位移传感器连接端与磁性表座连接，测试端设置在地基基础上。每个位移传感器通过数据线分与计算机系统连接，通过计算机系统采集位移传感器的测量数据。位移传感器采集的测量数据可为：地基基础的水平位移和/或垂直位移等。在实际应用过程中，可根据测试的地基基础影响范围之外设立参考点，在参考点设置相对地面固定不动的基准梁，位移传感器通过磁性表座固定于基准梁连接，基准梁可通过钢管固定在地面上。为了保证在地基基础受力变化的过程中，基准梁相对地面没有发生位移，可选用刚度较大的材料制成所述基准梁，以保证位移测量结果的可靠性。通过位移传感器测量地基基础的垂直位移和水平位移，测量方便、高效，受外界的干扰因素影响较小。为了提高测量的直观性，可选的，位移传感器可为数字式电子位移传感器，通过数字式电子位移传感器可直接测量并记录地基基础垂直位移和水平位移。

在上述任一输变电工程地基基础加载试验系统中，为了测试地基基础周围土体的土压力（也可称为土抗力）变化情况，可选的，输变电工程地基基础加载试验系统还可包括：土压力传感器。土压力传感器的数量可为一个或多个，每个土压力传感器设置在地基基础埋入试验槽的土体内的部分，且各土压力传感器的数据线露出试验槽的土体表面。计算机系统通过各土压力传感器的数据线与相应土压力传感器连接，用于采集相应土压力传感器的测量数据。土压力传感器采集的测量数据可为：地基基础受到试验槽内土体的土压力等。土压力传感器可为钢弦式土压力传感器或应变式土压力传感器，可预设设置在地基基础的基础立柱两侧和/或基础底座，通过采集钢弦式土压力传感器的频率变化量或应变式土压力传感器的电阻变化量，根据土压力传感器的频率变化量或应变式土压力传感器的电阻变化量，并根据频率变化量/电阻变化量与土体土压力的对应关系，来确定土体土压力的变化量。

在上述任一输变电工程地基基础加载试验系统中，为了反映外荷载作用下地基基础主材（如钢筋、角钢等）和/或基础底板钢筋在外荷载作用下的受力情况，可选的，输变电工程地基基础加载试验系统还包括：应变片。应变片的数量可为一个或多个，每个应变片粘贴于地基基础预先确定的测试部位。计算机系统通过各应变片的测试线与相应应变片连接，用于采集相应应变片的测量数据。应变片的测量数据可为：地基基础相应测试部位在加载过程中受到应变力等。根据应变片的测量数据，可计算出地基基础设置有该应变片的相应测试部位的应力变化量。

上述计算机系统可为某些数据分析设备组成的系统，例如：可为静载仪、土压力测试仪和/或应变测试仪组成的系统。其中，静载仪可用于采集压力传感器的测量数据并控制相应油泵的电机，静载仪还可用于采集位移传感器的测量数据，土压力测试仪可用于采集土压力传感器的测量数据，应变测试仪可用于采集应变片的测量数据等。或者，上述计算机系统还可为集成如静载仪、土压力测试仪和/或应变测试仪的主机，用于采集压力传感器、位移传感器、土压力传感器、应变片等传感设备的测量数据，并对采集的数据进行分析。

上述工程地基基础试验系统可进行的加载试验以及可测试的参数如图7所示。在实际应用中，试验槽平面尺寸可为长×宽：18m×18m，深度方向不限，该试验槽可满足测试的输电线路杆塔基础底板的最大平面尺寸为6m×6m，主柱最大截面尺寸为2m×2m。杆塔基础的埋深可不受限制。包括该试验槽的工程地基基础试验系统的最大抗拔试验能力为4000kN、最大抗压试验能力4000kN，最大抗倾覆试验能力为1000kN。

综上所述，本发明提供的工程地基基础试验系统功能齐全，为输电线路工程地基基础试验研究提供了可靠的测试系统和试验方法等，可满足输电线路工程地基基础研究的需求，具体的，本发明提供的工程地基基础具有如下一个或多个优点：

（1）试验功能的完备性和多样性。试验装置加载能力能够满足输变电工程的科研与建设需要；能够在同一土质条件下，开展下压加载试验、上拔加载试验、水平加载（也可称为水平力倾覆）试验、下压加载～水平力倾覆试验、上拔加载～水平力倾覆试验等独立或组合作用工况条件下的模型或真型基础试验。

（2）空间效应的足尺性。基础试验过程中，基础受外荷载作用后地基土体影响范围内不受模型试验槽侧壁的影响，可充分模拟地基基础的受力和变形特征，避免试验槽边界效应对试验结果的影响，确保输变电地基基础共同作用规律的真实可靠性。

（3）边界条件的仿真性。对一般输变电工程地基基础试验研究工作，地基土体采用试验槽内已有的具有代表性的一类土体（如华北粘土）；对重要的输变电工程地基基础试验，可将室内基础影响范围内土体置换为现场土体（如重塑土体），进行大比尺室内模型试验。

（4）系统控制与数据采集的自动化性。试验系统采用计算机集中控制，按预先设定的荷载分级自动加载、恒载和补偿，试验数据自动采集和处理。

除了输电线路工程领域之外，本发明提供的工程地基基础试验系统还可应用于水电、建筑、交通等其他领域地基基础方面的试验研究中，具有广阔的应用前景。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解，本发明所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的模块或装置相互之间的连接，可以是通过一些物理或逻辑接口连接，连接形式可以是电性，机械或其它形式。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到至少两个网络单元上。可以根据实际的需要选择至少两个网络单元其中的部分或者全部模块，来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种输变电工程地基基础加载试验系统，其特征在于，包括：

用于设置待进行加载试验的地基基础的试验槽，以及用于向所述地基基础加载的加载系统；

所述加载系统包括：垂直加载系统，和/或，水平加载系统；

所述垂直加载系统包括：平行间隔设置的两个垂直加载主梁，各所述垂直加载主梁具有Π形结构且横跨所述试验槽的两个相对侧；垂直加载连接梁，横跨设置在两个所述垂直加载主梁上；以及垂直加载设备，设置在所述垂直加载连接梁上且与所述垂直加载连接梁垂直，用于向所述地基基础施加垂直加载力；

所述水平加载系统包括：水平反力梁，位于所述试验槽的表面且与所述垂直加载主梁平行；以及水平加载设备，设置在所述水平反力梁上且与所述水平反力梁垂直，用于向所述地基基础施加水平加载力。

2.根据权利要求1所述的输变电工程地基基础加载试验系统，其特征在于，

每个所述垂直加载主梁包括：一横梁和两根立柱，两根所述立柱分别设置在所述试验槽的两个相对侧，所述横梁横跨在两个所述立柱上；

所述垂直加载连接梁横跨设置在两个所述横梁的顶部，或者，所述垂直加载连接梁横跨设置在两个所述横梁的底部。

3.根据权利要求1所述的输变电工程地基基础加载试验系统，其特征在于，所述地基基础的底部埋入所述试验槽的土体中，且所述地基基础的顶部露出所述试验槽的土体表面。

4.根据权利要求1-3任一所述的输变电工程地基基础加载试验系统，其特征在于，所述输变电工程地基基础加载试验系统还包括：

基准梁，相对地面固定设置且位于相距所述地基基础预设距离处；

磁性表座，设置在所述基准梁上；

至少一个位移传感器；每个所述位移传感器连接端与所述磁性表座连接，测试端设置在所述地基基础上；

计算机系统，通过数据线分别与至少一个所述位移传感器连接，用于采集所述位移传感器的测量数据。

5.根据权利要求1-3任一所述的输变电工程地基基础加载试验系统，其特征在于，所述垂直加载设备包括：

第一液压千斤顶，设置在所述垂直加载连接梁上且与所述垂直加载连接梁垂直；

第一油泵，与所述第一液压千斤顶连接，用于为所述第一液压千斤顶提供内部油压力。

6.根据权利要求5所述的输变电工程地基基础加载试验系统，其特征在于，所述输变电工程地基基础加载试验系统还包括：

第一压力传感器，与所述第一油泵连接，用于测量所述第一油泵提供给所述第一液压千斤顶的内部油压力；

计算机系统，分别与所述第一压力传感器和所述第一油泵连接，用于采集所述第一压力传感器的测量数据，并根据所述第一压力传感器的测量数据控制所述第一油泵的电机启停，以使所述第一油泵向所述第一液压千斤顶提供的内部油压力保持在预设油压范围。

7.根据权利要求1-3任一所述的输变电工程地基基础加载试验系统，其特征在于，所述水平加载设备包括：

第二液压千斤顶，设置在所述水平反力梁上且与所述水平反力梁垂直；

第二油泵，与所述第二液压千斤顶连接，用于为所述第二液压千斤顶提供内部油压力。

8.根据权利要求7所述的输变电工程地基基础加载试验系统，其特征在于，所述输变电工程地基基础加载试验系统还包括：

第二压力传感器，与所述第二油泵连接，用于测量所述第二油泵提供给所述第二液压千斤顶的内部油压力；

计算机系统，分别与所述第二压力传感器和所述第二油泵连接，用于采集所述第二压力传感器的测量数据，并根据所述第二压力传感器的测量数据控制所述第二油泵的电机启停，以使所述第二油泵向所述第二液压千斤顶提供的内部油压力保持在预设油压范围。

9.根据权利要求1-3任一所述的输变电工程地基基础加载试验系统，其特征在于，所述输变电工程地基基础加载试验系统还包括：

至少一个土压力传感器，设置在所述地基基础埋入所述试验槽的土体内的部分，且各所述土压力传感器的数据线露出所述试验槽的土体表面；

计算机系统，通过各所述土压力传感器的数据线与相应土压力传感器连接，用于采集相应土压力传感器的测量数据。

10.根据权利要求1-3任一所述的输变电工程地基基础加载试验系统，其特征在于，所述输变电工程地基基础加载试验系统还包括：

至少一个应变片，粘贴于所述地基基础预先确定的测试部位；

计算机系统，通过各所述应变片的测试线与相应应变片连接，用于采集相应应变片的测量数据。

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