一种电渗纠偏淤泥海域倾斜筒型风电基础装置及试验方法

技术领域

本发明涉及一种试验测量技术领域，特别是涉及一种电渗纠偏淤泥海域倾斜筒型风电基础装置及试验方法。

背景技术

我国淤泥质海域众多，而筒型基础是一种新型的风机承载支座模型类型，因其具有可陆上一体化安装，施工速度快，成本低，便于在海上恶劣天气的间隙施工等优点，在淤泥质海域得到大量推广。

海上风机所面临的海洋环境极其恶劣，基础在风力、波浪力及水流力等多种水平循环荷载作用下易发生倾斜；此外，淤泥质海域还存在土质软弱，承载力低等工程地质问题，周期性潮汐及较大风荷载也会使基础产生极大的弯矩，这将加剧基础发生倾斜的可能。

为了保证风机的正常运行，目前风机厂商提供的承载支座模型允许最大倾角为0.5°，倾角再大将导致风力发电机无法正常运作。但目前部分实测结果显示部分淤泥质海域筒型风电基础的最大倾角已接近允许值，若直接将风机报废会造成巨大的经济损失。因此迫切需要提供一种可靠的方法将倾斜的承载支座模型进行适当纠偏以保证其在允许最大倾角内，进而提高风机服役寿命，增加经济效益。

同时，电渗作为软土地区常用的地基加固方法，具有排水速度快、工期短、设备安装方便得优点，但耗电量较大，而电能作为海上风机的直接产物，若将电渗法运用于淤泥质海域倾斜风电筒型基础的纠偏中，具有较强的可行性。试验可作为认识这一淤泥质海域倾斜风电筒型基础新型纠偏方法的最可靠手段，对进一步了解电渗纠偏过程和工作机理具有重要意义。因此有必要在室内构建一套可用于对淤泥质海域倾斜风电筒型基础模型进行电渗纠偏的试验纠偏装置和方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种电渗纠偏淤泥海域倾斜筒型风电基础装置及试验方法，以解决上述问题，达到将倾斜的承载支座模型进行适当纠偏以保证其在允许最大倾角内，进而提高风机服役寿命，增加经济效益目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种电渗纠偏淤泥海域倾斜筒型风电基础装置，包括模型箱，所述模型箱上方固定连接有图像采集系统，所述模型箱内部由下至上依次铺设有可变角度支座、淤泥、水体，所述淤泥上表面插接有承载支座模型，所述模型箱外侧与所述承载支座模型对应位置设置有摄像机；

所述承载支座模型包括风机塔筒，固定连接在所述风机塔筒下方的筒型基础；所述筒型基础的一侧粘接有防水橡胶垫，所述防水橡胶垫接触设置在所述模型箱的内侧，所述模型箱与所述防水橡胶垫接触的侧壁为透明结构；

所述筒型基础的下方等角度设置有若干电渗区，所述电渗区连通有排水系统。

优选的，筒型基础内部设置有若干隔板，所述隔板将所述筒型基础内部分为若干所述电渗区，所述电渗区设有若干插入所述淤泥中的阴极，所述隔板为阳极；

所述阴极从外至内依次设置有透水土工布、阴极铁丝、PVC透水花管，所述PVC透水花管与所述排水系统连通。

优选的，所述排水系统包括防水橡胶塞、PVC排水管，所述防水橡胶塞固定连接在所述PVC透水花管的管口，所述PVC排水管的一端穿过所述防水橡胶塞并插入所述PVC透水花管内，所述PVC排水管的另一端连通有真空泵及量杯。

优选的，所述隔板为Q235钢板。

优选的，所述模型箱内的底部一侧开设有刻度卡槽，所述可变角度支座的一端卡接在所述刻度卡槽内，所述可变角度支座的另一端与所述模型箱内的底部另一侧铰接，所述刻度卡槽与所述可变角度支座之间设置有橡胶密封垫。

优选的，所述风机塔筒的顶部固定设置有参照点。

优选的，所述模型箱与所述防水橡胶垫接触的侧壁为钢化玻璃，所述摄像机设置在所述钢化玻璃外侧，所述摄像机与所述参照点位置度相对应，所述摄像机的两侧对称设置有照明系统。

优选的，所述模型箱不与所述防水橡胶垫接触的侧壁为5mm厚的Q235钢板。

优选的，利用该装置的试验方法：

步骤一：选定试验的倾斜角度，将所述可变角度支座固定在所述模型箱的底部，并做密封处理；

步骤二：采用固结排水法，配合微型贯入仪制作所需强度的淤泥作为地基；

步骤三：将所述筒型基础插入步骤二预制好的地基中，确保所述筒型基础底部与地基充分接触，同时也需注意所述筒型基础黏贴所述防水橡胶垫一侧与钢化玻璃充分接触；

步骤四：通过数字图像采集系统和摄像机判定所述承载支座模型的倾斜状态，根据所述承载支座模型的倾斜状态，将所述筒型基础的高端所对应的电渗区进行电渗排水；排水过程中通过数字图像采集系统和摄像机监测所述承载支座模型姿态，控制所述电渗区的排水，使承载支座模型恢复水平姿态。

本发明具有如下技术效果：

1、通过图像采集系统和摄像机收集到的信息，综合位置识别后判断出承载支座模型的偏移角度，在相应的电渗区接通电源后，通过控制不同区域、不同位置电极的电渗时间来对倾斜地基进行变形补偿，以减小承载支座模型内部地基变形差异程度，再通过排水系统对该电渗区的水进行抽离，使承载支座模型逐渐恢复至水平状态，达到对倾斜风电复合筒型基础纠偏的目的。

2、通过本发明中测量装置及试验方法，可以为淤泥质海域风电复合筒型基础在长期水平循环荷载作用下产生的累计偏移提供试验纠偏装置及具体实验方法；将结构已有的钢制隔板作为阳极电极，同时在筒型基础底面不同位置设置阴极排水电极，通过控制不同电渗区、不同位置电极的电渗时间来对倾斜地基进行变形补偿，以减小承载支座模型地基变形差异程度，最终达到对承载支座模型进行纠偏的目的；通过该试验装置及试验方法来考察复合筒型基础在分仓区域电渗下的纠偏方法的可行性和科学性，从而为现场纠偏装置和方法提供一种参考。

3、通过本发明中测量装置及试验方法，可以研究倾斜承载支座模型在不同电渗区中电极组合下电渗纠偏效果，进而验证采用区域电渗对淤泥质海域倾斜风电复合筒型基础进行纠偏的方法的可行性和科学性；本发明提供了一种淤泥质海域倾斜复合筒形基础的纠偏方法，还提供了一种复合筒形基础内部及四周土体变形可视化测试装置，并提供了一种用于分析区域电渗效果(电极分布、电渗持续时间)的试验方法，并最终可以为实际工程中的纠偏装置和方法提供参考。

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为初始电渗纠偏淤泥质海域倾斜风机的装置主视结构示意图；

图2为可变角度支座固定位置结构示意图；

图3为电渗纠偏淤泥质海域倾斜风机的装置俯视结构示意图；

图4为承载支座模型结构示意图；

图5为阴极结构示意图；

图6为阴极通电方向结构示意图；

图7为纠偏后电渗纠偏淤泥质海域倾斜风机的装置主视结构示意图。

其中，1为模型箱、2为支架、3为图像采集系统、4为参照点、5为承载支座模型、501为风机塔筒、502为筒形基础、6为水体、7为淤泥、8为可变角度支座、9为第一阳极、10为第一阴极、11为第二阴极、12为第二阳极、13为第三阴极、14为第四阴极、15为第三阳极、16为第五阴极、17为第六阴极、18为第四阳极、19为第七阴极、20为第八阴极、21为第五阳极、22为刻度卡槽、23为照明系统、24为摄像机、25为防水橡胶垫、26为钢化玻璃、27为透水土工布、28为PVC透水花管、29为阴极铁丝、30为PVC排水管、31为橡胶密封垫。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-7所示：一种电渗纠偏淤泥海域倾斜筒型风电基础装置，包括模型箱1，模型箱1上方固定连接有图像采集系统3，模型箱1内部由下至上依次铺设有可变角度支座8、淤泥7、水体6，淤泥7上表面插接有承载支座模型5，模型箱1外侧与承载支座模型5对应位置设置有摄像机24；

承载支座模型5包括风机塔筒501，固定连接在风机塔筒501下方的筒型基础502；筒型基础502的一侧粘接有防水橡胶垫25，防水橡胶垫25接触设置在模型箱1的内侧，模型箱1与防水橡胶垫25接触的侧壁为透明结构；

筒型基础502的下方等角度设置有4个电渗区，电渗区连通有排水系统。通过图像采集系统3和摄像机24收集到的信息，综合位置识别后判断出承载支座模型5的偏移角度，在相应的电渗区接通电源后，通过控制不同区域、不同位置电极的电渗时间来对倾斜地基进行变形补偿，以减小承载支座模型5内部地基变形差异程度，再通过排水系统对该电渗区的水进行抽离，使承载支座模型5逐渐恢复至水平状态，达到对倾斜风电复合筒型基础纠偏的目的。

进一步优化方案，筒型基础502内部设置有若干隔板，隔板将筒型基础502内部分为若干电渗区，电渗区设有若干插入淤泥7中的阴极，隔板为阳极；

阴极从外至内依次设置有透水土工布27、阴极铁丝29、PVC透水花管28，PVC透水花管28与排水系统连通。

进一步优化方案，排水系统包括防水橡胶塞、PVC排水管30，防水橡胶塞固定连接在PVC透水花管28的管口，PVC排水管30的一端穿过防水橡胶塞并插入PVC透水花管28内，PVC排水管30的另一端连通有真空泵及量杯。

进一步优化方案，隔板为Q235钢板。

进一步优化方案，模型箱1内的底部一侧开设有刻度卡槽22，可变角度支座8的一端卡接在刻度卡槽22内，可变角度支座8的另一端与模型箱1内的底部另一侧铰接，刻度卡槽22与可变角度支座8之间设置有橡胶密封垫31。

进一步优化方案，风机塔筒501的顶部固定设置有参照点4。

进一步优化方案，模型箱1与防水橡胶垫25接触的侧壁为钢化玻璃26，摄像机24设置在钢化玻璃26外侧，摄像机24与参照点4位置度相对应，摄像机24的两侧对称设置有照明系统23。

进一步优化方案，模型箱1不与防水橡胶垫25接触的侧壁为5mm厚的Q235钢板。

进一步优化方案，利用该装置的试验方法：

步骤一：选定试验的倾斜角度，一般选择风机厂商提供承载支座模型允许最大倾角0.5°进行设计，将可变角度支座8固定在模型箱1的底部并做密封处理，可变角度支座8与模型箱1底部的角度为0°-0.5°；

步骤二：采用固结排水法，配合微型贯入仪制作所需强度的淤泥7作为地基；

步骤三：将筒型基础连同电极一起插入步骤2预制好的淤泥地基中，确保筒型基础502底部与淤泥地基充分接触，同时也需注意筒型基础黏贴防水橡胶垫一侧与钢化玻璃充分接触；

步骤四：确定需要进行电渗排水的电渗区；电源接通电渗区的电极和排水系统，通过数字图像采集系统3和摄像机24实时反馈的承载支座模型姿态，进行调整所要接通的电极，然后将水排出电渗区，使承载支座模型5恢复水平姿态；具体过程为：

参照图1、3、7所示，电渗区分为4个区，将第一阳极9至第二阳极12之间设定为A区，将第二阳极12至第三阳极15之间设定为B区，将第三阳极15至第四阳极18之间设定为C区，将第四阳极18至第五阳极21之间设定为D区，风机塔筒501的正下方设定为E区；

承载支座模型5的基础姿态由风机塔筒501顶部的参考点4位置为参照，通过预设在模型箱1顶部的图像采集系统3及钢化玻璃26外侧对应设置的摄像机24进行综合位置识别；

情况一：参考点4的初始位置位于D区，电源首先接通第一阳极9、第一阴极10及第一阴极10中的排水系统；随着通电时间的增长，A区的淤泥由于固结排水作用厚度将逐渐降低，在此基础上保持第一阳极9通电，将第一阴极10切换为第二阴极11，第二阴极11电流值小于第一阴极10电流值，参考点4继续平稳的向E区进行移动，最终达到纠偏的目的；调整阴极电极通电的时机，由模型箱1顶部的图像采集系统3及钢化玻璃26外侧对应设置的摄像机24进行综合位置识别进行判断；

情况二：参照图1、6、7所示，参考点4的初始位置位于D区，A区再分为4个子电渗区，参考点4的偏移，在淤泥7基地中的表现为一个面向下倾斜，一个面的倾斜需要多个子电渗区协同运作，才可以保证承载支座模型5平稳移动；

筒形基础502在正常情况下为水平状态，此时筒形基础502的最高点在A区中，首先接通第一阳极9、A区中垂直距离第三阳极15所在方向最远的阴极电极及该阴极的排水系统，随着通电时间的增长，A区的淤泥由于固结排水作用厚度将逐渐降低，在此基础上保持第一阳极9通电，将阴极逐级切换为垂直距离第三阳极15所在方向近一级的阴极，同时，通电电流值逐级减小，每级电流大小一致，越靠近第三阳极15的位置电流越小，使参考点4能够高效平稳的向E区进行移动，最终稳定达到纠偏的目的；调整阴极电极通电的时机，由模型箱1顶部的图像采集系统3及钢化玻璃26外侧对应设置的摄像机24进行综合位置识别进行判断；

需要说明的是，接通电极顺序由承载支座模型5的姿态(由参考点4判断)进行控制，具体是由预设在模型箱1顶部的图像采集系统3及钢化玻璃26外侧对应设置的摄像机24进行综合位置识别。此外，本次试验主要目的是通过试验手段研究淤泥质海域采用区域电渗对倾斜风电基础进行纠偏的可行性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。