天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统技术方案

本实用新型专利技术公开天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统，包括：机械支架、加热分解单元以及变形测量单元；其中，机械支架用于为所述加热分解单元提供平台与支撑，为所述变形测量单元提供观测区域；加热分解单元，用于对被测的水合物材料进行加热使其分解，并反馈分解量信息给所述变形测量单元；变形测量单元，用于采集所述机械支架中的变形信号，根据该变形信号观测所述加热分解单元对被测的试件加热分解后引起的变形过程，并按时间顺序获取该试件剖面的数字散斑图像，生成该试件的变形信息并存储。本实用新型专利技术以解决了实验室物理模拟实验中无法对水合物相似材料样品的分解量及分解区精确控制、样品坡度角可控、滑坡变形定量化描述等问题。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统
本技术涉及海底滑坡模拟及观测领域，尤其是一种天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统。
技术介绍
天然气水合物被普遍认为将是21世纪最具潜力的新型洁净能源，我国广阔的管辖海域、专属经济区及冻土地区有着巨大的水合物资源前景。海底天然气水合物分解是诱发部分海底滑坡的一个关键因素，其作用机理是因为水合物分解导致海底岩石强度降低。从而当地震波、风暴波或人为扰动发生时在海底水合物稳定带内引起海底滑坡或泥石流。从研究方法看，目前国内外在评价与水合物相关的海底灾害效应及稳定性这方面的研究以讨论影响因素和定性研究为主，而发生机制及模型定量研究比较少见。物理模型实验是定量化研究中最为直观和有效的方法。物理模型实验是采用实验的方法，通过各种物理量测量手段对研究模型进行变形模拟分析，模型在实验过程中的变形及其他参数的变化真实，不受人工干扰，能够真实地反映地质体的受力情况。与水合物相关的物理实验设备主要有两种类型:1)研究含水合物沉积物的物理性质的仪器设备，如反应釜、小样品三轴压缩加载机、激光拉曼光谱(LRS, Laser Raman Spectroscopy)、孔隙度测量仪等仪器,这些仪器设备主要测定含天然气水合物的沉积物层的某种工程特性(如温度、孔隙度、光学、力学等性质)，不能实现针对天然气水合物分解可能引发的地质灾害机制进行合理的评价和分析。2)模拟滑坡现象的离心机:其原理是将原型缩小制成模型，放在高速度场中旋转，侧重于对岩土力学参数的研究，其实验条件限制了精确的变形测量，由于离心机的高速旋转环境，目前这样的离心机中还没有专门的促使水合物分解装置，用于天然气水合物分解引起海底滑坡灾害的物理模拟中。在实验研究领域，为模拟这种由水合物分解诱发的海底灾害演变过程，常依据相似律准则，在实验室条件下通过对地质相似材料的动力加载及对水合物相似材料的加热分解来模拟和研究上述变形过程。但是，现有技术中，对于相似材料模拟研究实验仍有如下关键问题亟待解决:I)要在实验中实现对滑坡模型的相似材料模型控制和水合物相似材料的加热分解，并要实现水合物相似材料的分解量及分解区控制；2 )实现水合物储藏层的深度及坡度精确可控；3)要实现对水合物分解引起滑坡的变形过程进行定量观测，实时采集信息。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统，以解决实验室物理模拟实验中无法对水合物相似材料样品的分解量及分解区精确控制、样品坡度角可控、滑坡变形定量化描述等问题。为了解决上述问题，本技术提供了一种天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统，其特征在于，包括:机械支架、加热分解单元以及变形测量单元；其中，所述机械支架，与所述加热分解单元和变形测量单元相耦接，用于为所述加热分解单元提供平台与支撑，并为所述变形测量单元提供观测区域；所述加热分解单元，与所述机械支架和变形测量单元相耦接，用于对被测的水合物材料进行加热使其分解，并反馈分解量信息给所述变形测量单元；所述变形测量单元，与所述机械支架和加热分解单元相耦接，用于采集所述机械支架中的变形信号，根据该变形信号观测所述加热分解单元对被测的试件加热分解后引起的变形过程,并按时间顺序获取该试件剖面的数字散斑图像,生成该试件的变形信息并存储。优选地，所述机械支架，包括:基本框架、加热平台、加热平台升降架以及观测窗；其中，所述加热平台与所述加热平台升降架通过转轴相连接，所述加热平台和所述加热平台升降架固定于所述基本框架顶面，所述观测窗位于所述基本框架的一个面上。优选地，所述加热平台，包括:不锈钢板、隔热层、加热槽以及出线孔；其中，所述隔热层将所述不锈钢板隔离为六个所述加热槽，每个所述加热槽之间均有所述隔热层进行隔离；在所述加热槽中设有出线孔。优选地，所述加热平台升降架，包括:连接板、软连接绳以及升降轮；其中，所述连接板通过转轴与所述加热平台固定连接，所述升降轮固定在所述固定框架的顶面，所述软连接绳位于所述连接板与升降轮之间，通过摇动所述升降轮使所述软连接绳带动所述连接板升降改变所述加热平台的坡度。优选地，所述加热分解单元，包括:加热板、温度控制器以及温度传感器；其中，所述加热板，与所述温度控制器和温度传感器相连接，用于接收温度控制器的指示信息，根据该指示信息进行加热和验证；所述温度控制器，与所述温度传感器和加热板相连接，用于生成所述指示信息发送至所述加热板，并根据所述温度传感器发送的温度数据调节所述加热板的加热状态，实时记录所述温度传感器的所述温度数据；所述温度传感器，嵌入设置于所述加热板中，用于记录所述加热板的加热状态并生成所述温度数据发送到所述温度控制器中。优选地，所述变形测量单元，包括:(XD相机和数字散斑测量分析模块；其中，所述CCD相机用于在所述加热平台上对被测的试件进行加热分解时，按时间顺序通过所述观测窗获取该试件剖面的数字散斑图像生成该试件的变形信息，并将该变形信息发送到所述数字散斑测量分析模块内保存成一个完整数据文件进行存储。优选地，所述基本框架，由可承受IMPa的水压的防水密封的不锈钢材料制成。优选地，所述观测窗，采用钢化玻璃材料。优选地，所述加热平台的坡度变化范围为O?30度。优选地，所述加热板的加热范围为O?130度。与现有技术相比，本技术所述的天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统具有如下特点:I)本技术实现了一种小型的天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统，可方便实现水合物地质相似材料的分区分解、精确控制分解量和相似材料的坡度变化，并实现全场变形的定量准确测量，为研究水合物分解诱发海底滑坡的复杂变形过程提供了一种方便而功能强大的实验系统。2)本技术采用了加热板嵌入到加热平台的加热槽中，实现了水合物相似材料分区加热及相邻区域的隔热，使得分区加热准确化、简易化和低能耗。3)本技术实现了加热平台的坡度调整功能，这便于结合实际的不同水合物埋深坡角进行模拟实验，实验操作更简易和快捷，实验结果更接近于真实情况，便于实验结合实际进行对比分析。4)本技术引入一种基于变形过程的数字散斑图像相关方法变形测量方案，可完成滑坡失稳复杂变形的全场定量测量。【附图说明】此处所述明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中:图1为本技术实施例所述的天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统的结构框图；图2为本技术实施例所述机械支架I的具体结构图；图3为本技术实施例所述加热平台12和加热平台升降架13的具体结构图；图4为本技术实施例所述加热分解单元2的具体结构图。【具体实施方式】如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统，其特征在于，包括：机械支架、加热分解单元以及变形测量单元；其中，所述机械支架，与所述加热分解单元和变形测量单元相耦接，用于为所述加热分解单元提供平台与支撑，并为所述变形测量单元提供观测区域；所述加热分解单元，与所述机械支架和变形测量单元相耦接，用于对被测的水合物材料进行加热使其分解，并反馈分解量信息给所述变形测量单元；所述变形测量单元，与所述机械支架和加热分解单元相耦接，用于采集所述机械支架中的变形信号，根据该变形信号观测所述加热分解单元对被测的试件加热分解后引起的变形过程，并按时间顺序获取该试件剖面的数字散斑图像，生成该试件的变形信息并存储。

【技术特征摘要】
1.一种天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统，其特征在于，包括:机械支架、加热分解单元以及变形测量单元；其中， 所述机械支架，与所述加热分解单元和变形测量单元相耦接，用于为所述加热分解单元提供平台与支撑，并为所述变形测量单元提供观测区域； 所述加热分解单元，与所述机械支架和变形测量单元相耦接，用于对被测的水合物材料进行加热使其分解，并反馈分解量信息给所述变形测量单元； 所述变形测量单元，与所述机械支架和加热分解单元相耦接，用于采集所述机械支架中的变形信号，根据该变形信号观测所述加热分解单元对被测的试件加热分解后引起的变形过程,并按时间顺序获取该试件剖面的数字散斑图像,生成该试件的变形信息并存储。2.如权利要求1所述的天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统，其特征在于，所述机械支架，包括:基本框架、加热平台、加热平台升降架以及观测窗；其中， 所述加热平台与所述加热平台升降架通过转轴相连接，所述加热平台和所述加热平台升降架固定于所述基本框架顶面，所述观测窗位于所述基本框架的一个面上。3.如权利要求2所述的天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统，其特征在于，所述加热平台，包括:不锈钢板、隔热层、加热槽以及出线孔；其中， 所述隔热层将所述不锈钢板隔离为六个所述加热槽，每个所述加热槽之间均有所述隔热层进行隔离；在所述加热槽中设有出线孔。4.如权利要求2所述的天然气水合物分解引起的海底滑坡模拟及观测系统，其特征在于，所述加热平台升降架，包括:连接板、软连接绳以及升降轮；其中， 所述连接板通过转轴与所述加热平台固定连接，所述升降轮固定在所述固定框架的顶面，所述软连接绳位于所述连接板与升降轮之间，通过摇动所述升降轮使所述软连接绳带动所述连接板...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭玲莉，李三忠，索艳慧，惠格格，戴黎明，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：新型
国别省市：山东;37