一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置，该装置包括海洋桶形基础、千斤顶、进气喷管等；现有的科学技术几乎无法在现场探明海床中大范围的土体内部气力劈裂的蔓延路径，现有的理论也无法准确预测其可能的喷发路径。为解决以上问题，本发明专利技术模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变，再现实际环境下气力劈裂的灾变过程，并基于此解释气力劈裂灾变的灾变机制，为探明浅层气喷发对既有海洋基础影响提供了模型技术和观测手段。基于本发明专利技术的模型实验研究，将为我国未来大湾区建设过程中海洋基础的选址、安全性评价提供关键的科学技术支持。

A device for simulating the influence of shallow gas eruption on the existing marine foundation in sloping seabed

The invention discloses a device for simulating the influence of shallow gas eruption catastrophe in sloping seabed on existing marine foundations, which includes ocean bucket foundations, jacks, intake nozzles, etc. Existing science and technology can hardly detect the propagation path of large-scale internal air splitting in the seabed, and existing theories. It is impossible to predict accurately its possible eruption path. In order to solve the above problems, the invention simulates the shallow gas eruption catastrophe in the slope seabed, reproduces the catastrophic process of pneumatic splitting in the actual environment, and explains the catastrophic mechanism of pneumatic splitting catastrophe based on this, thus providing model technology and observation means for exploring the influence of shallow gas eruption on the existing marine foundation. The model experimental study based on the present invention will provide key scientific and technological support for the site selection and safety evaluation of marine foundation in the future construction of Dawan District in China.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置
本专利技术属于海床地质工程灾变模拟的
，一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置。
技术介绍
我国的三大海域(南海、东海、环渤海)蕴藏了丰富的海底油气等资源。上述资源的开发大多依赖于海上钻井平台，海床地基是钻井平台基础的最终承载者。不幸的是，我国三大海域的海床地基中，广泛浅埋有高压沼气。当气压聚集到一定的程度，浅层气就会向上劈裂海床基地、并在海床表面形成巨坑(直径可达数百米)。这种浅层气喷发灾变很可能导致附近既有海洋基础倒塌，而阻碍深海资源的开发。由于缺乏上述灾变机制的模拟手段，目前国际上尚缺乏对斜坡海床中气力劈裂的启动条件、气力劈裂灾变蔓延范围的深刻认识，这给浅层气海床地基中海洋基础的设计、选址带来了很大难度。目前国际上尚缺乏对气力劈裂的启动条件、劈裂扩展路径的深刻认识，这阻碍了工程上对浅层高压气气力劈裂的预测，是深海资源开发的一个大障碍。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置，其特征在于，包括基座，安装在基座上的倾斜装置、安装在所述倾斜装置上的模型箱和反力架，模型箱内具有透明土，透明土中倒扣有一海洋桶形基础，加载于海洋桶形基础的加载系统，以及原位T型触探器、光源系统和图像采集器。所述倾斜装置包括2号底板、2号支杆和4号千斤顶；所述2号支杆和4号千斤顶竖直固定在基座上，所述2号底板一端铰接于2号支杆顶端，另一端位于4号千斤顶上；反力架包括竖直固定于基座上的1号反力架竖杆、2号反力架竖杆，反力架顶板的两端与1号反力架竖杆、2号反力架竖杆顶端固接；模型箱通过若干根支撑柱固定于2号底板上，模型箱的底面上沿前后方向开有一列进气孔，每个进气孔处设置有一个喷气装置，喷气装置通过导管与一气泵相连；气泵为伺服气泵；模型箱的一内侧壁沿进气孔的排列方向固定有多组声波发射器，相对的另一内侧壁固定有多组声波接收器；每组声波发射器、和声波接收器对应一个测试平面，每个测试平面对应一个喷气装置；所述喷气装置包括位于测试平面内的半圆弧支架和1号喷气管和2号喷气管，半圆弧支架固定于模型箱底面，支架上具有角度刻度；1号喷气管和2号喷气管的始端通过导气软管与位于半圆弧支架圆心位置的进气座相连，进气座与进气孔相连；所述1号喷气管和2号喷气管上具有凸起，所述凸起沿半圆弧支架内圆周滑动；所述1号喷气管和2号喷气管的尾端通过锁紧螺丝锁紧于半圆弧支架；所述图像采集器位于模型箱正前方，光源系统发生竖直方向的平面光，位于模型箱的一侧，光源系统包括水平滑杆，水平滑杆上安装有激光发射器，激光发射器前端安装有光学棱镜；水平滑杆的两端通过支架固定于反力架顶板；原位T型触探器位于透明土上方，上端通过一伸缩杆固定于反力架顶板，原位T型触探器上部固定有3号位移传感器，检测与架顶板之间的距离；所述加载系统包括垫块、1号千斤顶、2号千斤顶、加载板、1号支杆和1号底板；所述垫块固定于反力架顶板，1号支杆上端固定于垫块的底面，下端与1号底板铰接；1号千斤顶上端固定于垫块的底面，下端与1号底板相连；2号千斤顶上端与1号底板的底面固定连接，下端为球形铰链，与加载板铰接；加载板与海洋桶形基础顶面固定连接；2号千斤顶的左右两侧固定有2号位移传感器和4号位移传感器，分别检测到海洋桶形基础顶面的竖直距离。2号千斤顶为伺服千斤顶。进一步地，4号千斤顶上连接一4号加载板，所述2号底板与4号加载板通过两个沿2号底板长度方向布置的螺丝固定，所述2号底板上开有6组螺丝孔，分别对应倾角为0°、1°、2°、4°、8°、10°时的固定位置。1号千斤顶下端铰接有1号加载板，1号加载板与1号底板通过两个沿2号底板长度方向布置的螺丝固定，所述1号底板上开有6组螺丝孔，分别对应2号底板的倾角为0°、1°、2°、4°、8°、10°时，1号底板与1号加载板的固定位置。进一步地，1号千斤顶和4号千斤顶均为伺服千斤顶。进一步地，喷气装置与气泵相连的导管上具有气阀和压力计。进一步地，所述锁紧螺丝与半圆弧支架之间具有橡胶垫片。本专利技术的有益效果在于：我国珠三角、长三角地区海上施工平台及桥梁的建设过程中，由于浅埋高压气气力劈裂导致海洋基础倾覆、跨海大桥倒塌的现象时有发生。然而，国际上目前对气力劈裂的启动条件、劈裂扩展路径以及气力劈裂导致海洋基础失效的失效机制尚无的深刻认识。且现有的科学技术几乎无法在现场探明海床中大范围的土体内部气力劈裂的蔓延路径，现有的理论也无法准确预测其可能的喷发路径。模型实验成为了唯一的可靠手段，目前尚无一套可以模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置。本专利技术可以模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变，再现实际环境下气力劈裂的灾变过程，并基于此解释气力劈裂灾变的灾变机制，为探明浅层气喷发对既有海洋基础影响提供了模型技术和观测手段。基于本专利技术的模型实验研究，将为我国未来大湾区建设过程中海洋基础的选址、安全性评价提供关键的科学技术支持。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的结构俯视图；图中，反力架顶板0、1号反力架竖杆1、2号反力架竖杆2、1号支杆3、1号支杆铰链4、1号底板5、1号千斤顶6、1号千斤顶铰链7、1号千斤顶加载板8、2号千斤顶9、压力计10、海洋筒形基础11、2号位移传感器12、3号千斤顶13、3号位移传感器14、原位T型触探器15、模型箱16、声波发射器17、声波接收器18、可动支架19、激光发射器20、光学棱镜21、1号模型箱底座22、2号模型箱底座23、喷气口24、1号硬导气管25、软导气管26、2号硬导气管27、压力计28、气阀29、气泵30、2号底板31、2号支杆铰链32、2号支杆33、基座34、4号千斤顶铰链35、4号千斤顶加载板36、4号千斤顶37、图像采集器51、顶部千斤顶底座52、4号位移传感器53、球形铰54。图3为本专利技术的喷气嘴细部图；图中，半圆弧支架38、1号锁紧螺丝39、1号橡胶垫片40、1号喷气管41、1号底部固定螺丝42、1号导气软管43、进气座44、出气口45、2号锁紧螺丝46、2号橡胶垫片47、2号喷气管48、2号底部固定螺丝49、2号导气软管50。图4～图15依次为本专利技术模拟浅埋高压气气力劈裂机制的过程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置，包括基座34，安装在基座34上的倾斜装置、安装在所述倾斜装置上的模型箱16和反力架，模型箱16内具有透明土，透明土中倒扣有一海洋桶形基础11，加载于海洋桶形基础11的加载系统，以及原位T型触探器15、光源系统和图像采集器51。所述倾斜装置包括2号底板31、2号支杆33和4号千斤顶37；所述2号支杆33和4号千斤顶37竖直固定在基座34上，所述2号底板31一端铰接于2号支杆33顶端，另一端位于4号千斤顶37上；所述4号千斤顶37通过螺钉固接在基座34上；所述2号支杆33通过2号支杆铰链32与2号底板31铰接；反力架包括竖直固定于基座34上的1号反力架竖杆1、2号反力架竖杆2，反力架本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置，其特征在于，包括基座(34)，安装在基座(34)上的倾斜装置、安装在所述倾斜装置上的模型箱(16)和反力架，模型箱(16)内具有透明土，透明土中倒扣有一海洋桶形基础(11)，加载于海洋桶形基础(11)的加载系统，以及原位T型触探器(15)、光源系统和图像采集器(51)。所述倾斜装置包括2号底板(31)、2号支杆(33)和4号千斤顶(37)；所述2号支杆(33)和4号千斤顶(37)竖直固定在基座(34)上，所述2号底板(31)一端铰接于2号支杆(33)顶端，另一端位于4号千斤顶(37)上；反力架包括竖直固定于基座(34)上的1号反力架竖杆(1)、2号反力架竖杆(2)，反力架顶板(0)的两端与1号反力架竖杆(1)、2号反力架竖杆(2)顶端固接；模型箱(16)通过若干根支撑柱固定于2号底板(31)上，模型箱(16)的底面上沿前后方向开有一列进气孔，每个进气孔处设置有一个喷气装置(24)，喷气装置(24)通过导管与一气泵(30)相连；气泵(30)为伺服气泵；模型箱(16)的一内侧壁沿进气孔的排列方向固定有多组声波发射器(17)，相对的另一内侧壁固定有多组声波接收器(18)；每组声波发射器(17)、和声波接收器(18)对应一个测试平面，每个测试平面对应一个喷气装置(24)；所述喷气装置(24)包括位于测试平面内的半圆弧支架(38)和1号喷气管(41)和2号喷气管(48)，半圆弧支架(38)固定于模型箱(16)底面，支架上具有角度刻度；1号喷气管(41)和2号喷气管(48)的始端通过导气软管与位于半圆弧支架(38)圆心位置的进气座(44)相连，进气座(44)与进气孔相连；所述1号喷气管(41)和2号喷气管(48)上具有凸起，所述凸起沿半圆弧支架(38)内圆周滑动；所述1号喷气管(41)和2号喷气管(48)的尾端通过锁紧螺丝锁紧于半圆弧支架(38)；所述图像采集器(51)位于模型箱(16)正前方，光源系统发生竖直方向的平面光，位于模型箱(16)的一侧，光源系统包括水平滑杆，水平滑杆上安装有激光发射器(20)，激光发射器(20)前端安装有光学棱镜(21)；水平滑杆的两端通过支架(19)固定于反力架顶板(0)；原位T型触探器(15)位于透明土上方，上端通过一伸缩杆(13)固定于反力架顶板(0)，原位T型触探器(15)上部固定有3号位移传感器(14)，检测与架顶板(0)之间的距离；所述加载系统包括垫块(52)、1号千斤顶(6)、2号千斤顶(9)、加载板、1号支杆(3)和1号底板(5)；所述垫块(52)固定于反力架顶板(0)，1号支杆(3)上端固定于垫块(52)的底面，下端与1号底板(5)铰接；1号千斤顶(6)上端固定于垫块(52)的底面，下端与1号底板(5)相连；2号千斤顶(9)上端与1号底板(5)的底面固定连接，下端为球形铰链，与加载板铰接；加载板与海洋桶形基础(11)顶面固定连接；2号千斤顶(9)的左右两侧固定有2号位移传感器(12)和4号位移传感器(53)，分别检测到海洋桶形基础(11)顶面的竖直距离。2号千斤顶(9)为伺服千斤顶。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟斜坡海床中浅层气喷发灾变对既有海洋基础影响的装置，其特征在于，包括基座(34)，安装在基座(34)上的倾斜装置、安装在所述倾斜装置上的模型箱(16)和反力架，模型箱(16)内具有透明土，透明土中倒扣有一海洋桶形基础(11)，加载于海洋桶形基础(11)的加载系统，以及原位T型触探器(15)、光源系统和图像采集器(51)。所述倾斜装置包括2号底板(31)、2号支杆(33)和4号千斤顶(37)；所述2号支杆(33)和4号千斤顶(37)竖直固定在基座(34)上，所述2号底板(31)一端铰接于2号支杆(33)顶端，另一端位于4号千斤顶(37)上；反力架包括竖直固定于基座(34)上的1号反力架竖杆(1)、2号反力架竖杆(2)，反力架顶板(0)的两端与1号反力架竖杆(1)、2号反力架竖杆(2)顶端固接；模型箱(16)通过若干根支撑柱固定于2号底板(31)上，模型箱(16)的底面上沿前后方向开有一列进气孔，每个进气孔处设置有一个喷气装置(24)，喷气装置(24)通过导管与一气泵(30)相连；气泵(30)为伺服气泵；模型箱(16)的一内侧壁沿进气孔的排列方向固定有多组声波发射器(17)，相对的另一内侧壁固定有多组声波接收器(18)；每组声波发射器(17)、和声波接收器(18)对应一个测试平面，每个测试平面对应一个喷气装置(24)；所述喷气装置(24)包括位于测试平面内的半圆弧支架(38)和1号喷气管(41)和2号喷气管(48)，半圆弧支架(38)固定于模型箱(16)底面，支架上具有角度刻度；1号喷气管(41)和2号喷气管(48)的始端通过导气软管与位于半圆弧支架(38)圆心位置的进气座(44)相连，进气座(44)与进气孔相连；所述1号喷气管(41)和2号喷气管(48)上具有凸起，所述凸起沿半圆弧支架(38)内圆周滑动；所述1号喷气管(41)和2号喷气管(48)的尾端通过锁紧螺丝锁紧于半圆弧支架(38)；所述图像采集器(51)位于模型箱(16)正前方，光源系统发生竖直方向的平面光，位于模型箱(16)的一侧，光源系统包括水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪义，郑艺豪，邹诗环，杨日交，王立忠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33