一种新型沉积物波致孔压响应装置制造方法及图纸

一种新型沉积物波致孔压响应装置，所述孔压响应装置设有孔压监测机构，所述孔压监测机构包括孔压探杆和多个孔压探头，所述孔压响应装置包括流体桶、底质桶、推板和驱动机构；底质桶设在流体桶内，底质桶上沿低于流体桶的上沿，所述底质桶内填充有沉积物，孔压探杆竖向埋设在沉积物中；所述流体桶内填充有液体介质，在驱动机构的作用下，推板在流体桶与底质桶之间的空间内上、下移动，使所述沉积物上的液位形成起伏变化，同时，通过孔压探头获得液位变化时对应的沉积物内部孔压数据。本实用新型专利技术可大幅减小现有水槽的体积，简化了水槽系统结构，方便操作和控制，节约成本；通过推板移动来产生液位起伏变化，以模拟波浪的效果。

A New Sediment Wave-induced Pore Pressure Response Device

A novel pore pressure response device for sediment wave induced pore pressure is presented. The pore pressure response device is provided with a pore pressure monitoring mechanism. The pore pressure monitoring mechanism includes a pore pressure probe and multiple pore pressure probes. The pore pressure response device includes a fluid barrel, a bottom barrel, a push plate and a driving mechanism. The bottom barrel is arranged in a fluid barrel, and the bottom barrel is filled with deposition along the upper edge of the bottom barrel below the top edge of the fluid barrel. The fluid barrel is filled with liquid medium. Under the action of the driving mechanism, the push plate moves up and down in the space between the fluid barrel and the bottom barrel, which causes the liquid level on the sediment to fluctuate. Meanwhile, the pore pressure data in the sediment corresponding to the change of the liquid level are obtained through the pore pressure probe. The utility model can greatly reduce the volume of the existing flume, simplify the structure of the flume system, facilitate operation and control, save cost, and generate the fluctuation of the liquid level by moving the push plate to simulate the effect of wave.

【技术实现步骤摘要】
一种新型沉积物波致孔压响应装置
本技术涉及一种沉积物模拟系统，属于海洋工程地质和海洋灾害地质领域，尤其涉及一种新型沉积物波致孔压响应装置。
技术介绍
波浪作用会对海底沉积物产生循环载荷，当波浪作用较强时可能会导致海底沉积物内部孔压的累积上升甚至液化，沉积物液化会导致土体承载力大幅度减小、海上工程设施失稳，危害人员安全和造成财产损失，严重的甚至会引发地质或海洋灾害。针对波浪作用下的孔压响应及液化问题，现有研究方案包括原位监测、水槽试验以及数值模拟。原位监测所需的人力物力条件巨大，一次监测经费常在数百万以上，实施过程中受天气等自然因素的影响较大。数值模拟是建立在原位监测以及水槽试验基础上的一种手段，能够详、深层次地分析地质现象的机理及影响因素，但是受现有技术手段的限制，数值模拟尚无法模拟出较复杂的现实情况，只能对水槽试验这种简单而理想工况进行模拟。因此，目前水槽试验仍是一种对于波致孔压响应问题重要而有效的研究手段。但是，传统水槽往往体积巨大，动辄几十甚至上百米长，而对于波致孔压响应问题中最需要关注的沉积物，通常只在水槽的一段占了很少一部分，绝大多数水槽的体积和结构功能，仅是用于造波和消波。对于主要关注沉积物部分的试验，体积巨大的水槽实质上增加了试验成本和操作难度。申请人在之前公开的的“波浪作用下沉积物孔压响应模拟装置(授权公告号CN207662733U)”、“波浪作用下沉积物孔压响应模拟方法(申请公布号CN108332901A)”，对现有水槽系统进行了改进和创新，但相对体积仍然较大。为了提高波致孔压水槽试验效率、减小使用难度，现亟需一种体积小、效率高、操作简单的小型波致孔压模拟水槽。
技术实现思路
本技术提供一种新型沉积物波致孔压响应装置，用于解决现有的波致孔压水槽体积较大，试验效率低、使用难度大的问题。本技术通过以下技术方案予以实现：一种新型沉积物波致孔压响应装置，所述孔压响应装置设有孔压监测机构，所述孔压监测机构包括孔压探杆和多个孔压探头，多个孔压探头间隔安装在孔压探杆上，所述孔压响应装置包括流体桶、底质桶、推板和驱动机构；底质桶设在流体桶内，底质桶上沿低于流体桶的上沿，所述底质桶内填充有沉积物，孔压探杆竖向埋设在沉积物中；所述流体桶内填充有液体介质，在驱动机构的作用下，推板在流体桶与底质桶之间的空间内上、下移动，使所述沉积物上的液位形成起伏变化，同时，通过孔压探头获得液位变化时对应的沉积物内部孔压数据。为进一步实现本技术的目的，还可以采用以下技术方案：所述底质桶与流体桶固定连接，所述流体桶、底质桶均为圆形筒体并具有叠合的竖向对称轴。所述推板为底部开口的圆形筒体，推板的圆形筒体内径大于底质桶的圆形筒体外径。在推板下落的初始状态下，所述推板下沿与底质桶上沿齐平；所述流体桶、底质桶内填充的液体介质的液位与底质桶上沿齐平。所述驱动机构为电动、气动或液压装置。所述驱动机构与控制系统电连接，控制系统为安装有波浪荷载模拟软件的计算机系统，计算机系统根据所需要的推板移动行程控制驱动机构工作。所述孔压监测机构与控制系统信号连接，用于接收和处理孔压探头获取的沉积物内部孔压数据。与现有技术相比，本技术的优点在于：本技术在保证沉积物内部孔压测量模拟试验的基础上，可以大幅减小水槽的体积，简化水槽系统的结构，节约成本、方便操作和控制，通过推板移动来产生液位起伏变化，以模拟波浪的效果。具体而言：1、提高沉积物内部孔压响应测量试验的准确度，同时，将复杂的波浪模拟过程，简化为一定体积水量或水压的变化，来实现海床表面波压力的变化，大大减小了传统水槽的体积和成本。2、可以研究不同波浪工况条件下，海床沉积物内部孔压变化、液化、沉积物再悬浮情况，简化水动力模拟部分的同时，最大限度地保证了沉积物模拟的真实性、可靠性。3、本技术可以模拟不同液位起伏高度以及振幅周期等条件下的沉积物内部孔压响应，方便观察、测量和操作，有效提高模拟试验效率，降低试验成本。附图说明为了更清楚地说明本技术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一简单地介绍。图1是实施例一中所述孔压响应装置的结构示意图；图2是图1中所述流体桶与底质桶的结构示意图；图3是图1中所述推板的结构示意图；图4a是实施例一中所述推板位于移动状态的示意图；图4b是实施例一中所述推板位于初始位置的示意图；图4c是实施例一中所述推板位于最大液位高度的示意图；图5是实施例二中所述孔压响应装置的结构示意图；图6是实施例三中所述孔压响应装置的结构示意图。附图标记，1-孔压监测机构，2-流体桶，3-推板，31-推板壁，4-底质桶，5-驱动机构，6-控制系统，7-沉积物，8-液体介质，9-刻度，10-推板联动机构。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例一：如图1-图3、图4a、图4b、图4c所示，本实施例公开的一种新型沉积物波致孔压响应装置，包括孔压监测机构1、流体桶2、推板3、底质桶4、驱动机构5、控制系统6。可大幅度减小水槽系统的造波和消波部分，通过推板3的上下移动改变沉积物7上液体介质的液位起伏变化。在流体桶2侧壁上设有刻度9，流体桶2、推板3、底质桶4均为同竖向对称轴的圆筒体，采用高强度钢化玻璃制成，底质桶4置于流体桶2内侧，通过接触的底部固定在一起。底质桶4内用于填充和固定沉积物7样品，流体桶2内填充有液体介质8，一般采用水，当需要模拟较大的海浪压力时，可以采用密度较大的水混合物。推板3上部与驱动机构5连接，下部开口并可在流体桶2与底质桶4之间上下移动。孔压监测机构1包括孔压探杆和孔压探头，孔压探头通过数据线或蓝牙、无线发射模块与控制系统6连接，控制系统6为一计算机系统，可以实时获取、处理和财产沉积物7内部孔压数据。驱动机构5采用电动推杆，电动推杆的下端与底质桶4上端连接，用以保证推杆上下动作的稳定性和较宽的振幅频率，驱动机构5与控制系统6连接，通过计算机上设定模拟波浪的参数控制电动推杆工作方式。如图3所示，推板3上设有推板联动装置10，用以固定推板3位置以及传递拉力或推力。推板壁31向下或向上匀速移动，使底质桶4和流体桶2之间的水位上下起伏变化，实现沉积物7上水位深度的变化，进而可以模拟波浪作用，通过孔压探头实施检测沉积物7内部孔压数据。本实施例公开的一种孔压响应测量方法，包括准备步骤、模型确定步骤、试验步骤以及后处理步骤。准备步骤，用于制备沉积物7样品并铺设，注水，设备安装和供电、数据采集线路连接。设备连接重点在于孔压探头的布置、孔压探头与计算机系统的信号传输、驱动装置与计算机系统电脑及推板3的连接；按模拟试验的情况采集沉积物7样品，并将其均匀铺设在底质桶4内并固结一段时间；模型确定步骤，根据推板3上下移动使流体桶2内液体介质8的液位高度变化，建立推板3与液位高度模型；由于流体桶2内水位起伏变化与推杆伸入水体内的体积有关，在推杆的截面积为不变量或有规律的可变量时，推杆伸入水体内的体积与其高度成正比关系，因此基于推板3初始高度的基础上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型沉积物波致孔压响应装置，所述孔压响应装置设有孔压监测机构，所述孔压监测机构包括孔压探杆和多个孔压探头，多个孔压探头间隔安装在孔压探杆上，其特征在于，所述孔压响应装置包括流体桶、底质桶、推板和驱动机构；底质桶设在流体桶内，底质桶上沿低于流体桶的上沿，所述底质桶内填充有沉积物，孔压探杆竖向埋设在沉积物中；所述流体桶内填充有液体介质，在驱动机构的作用下，推板在流体桶与底质桶之间的空间内上、下移动，使所述沉积物上的液位形成起伏变化，同时，通过孔压探头获得液位变化时对应的沉积物内部孔压数据。

【技术特征摘要】
1.一种新型沉积物波致孔压响应装置，所述孔压响应装置设有孔压监测机构，所述孔压监测机构包括孔压探杆和多个孔压探头，多个孔压探头间隔安装在孔压探杆上，其特征在于，所述孔压响应装置包括流体桶、底质桶、推板和驱动机构；底质桶设在流体桶内，底质桶上沿低于流体桶的上沿，所述底质桶内填充有沉积物，孔压探杆竖向埋设在沉积物中；所述流体桶内填充有液体介质，在驱动机构的作用下，推板在流体桶与底质桶之间的空间内上、下移动，使所述沉积物上的液位形成起伏变化，同时，通过孔压探头获得液位变化时对应的沉积物内部孔压数据。2.根据权利要求1所述的一种新型沉积物波致孔压响应装置，其特征在于，所述底质桶与流体桶固定连接，所述流体桶、底质桶均为圆形筒体并具有叠合的竖向对称轴。3.根据权利要求2所述的一种新型沉积物波致孔压响应装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜星，孙永福，宋玉鹏，胡光海，董立峰，修宗祥，周其坤，
申请(专利权)人：国家海洋局第一海洋研究所，
类型：新型
国别省市：山东,37