一种可模拟海底砂土液化导致的滑坡和冲击的实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可模拟海底砂土液化导致的滑坡和冲击的实验装置，包括自动撒砂装置、土体液化装置、测量系统、数据采集系统、吊机和用于置放实验装置的机架。吊机用于抬升水槽到指定角度。自动撒砂装置安装在水槽正上方，用于生成滑槽内的砂样，其中千斤顶安装在水槽支架上方，与液压控制系统相连接，千斤顶可以产生驻波，使土体液化，发生流动，冲击海底管道。通过各类传感器监测滑坡体的运动特性及海底管道的受荷。水槽侧面和顶部的高速相机用于记录滑坡体的运动形态。本装置可以实现海底滑坡后对海底管道的破坏监测，通过对比工况组合的数据，得到滑坡体的运动特性和与结构物作用的机理，为海底滑坡的防治提供科学的依据和指导。

An experimental device for simulating landslide and impact caused by liquefaction of seafloor sand

The invention discloses an experimental device which can simulate the landslide and impact caused by seabed sand liquefaction, including an automatic sanding device, a soil liquefaction device, a measurement system, a data acquisition system, a crane and a frame for placing the experimental device. The crane is used to lift the water tank to the specified angle. The automatic sanding device is installed directly above the water tank to generate sand samples in the chute. The jack is installed above the bracket of the water tank and connected with the hydraulic control system. The jack can generate standing waves, liquefy the soil, flow and impact the submarine pipeline. The movement characteristics of landslide mass and the loading of submarine pipeline are monitored by various sensors. High speed cameras on the sides and top of the flume are used to record the movement of the landslide. The device can monitor the damage of submarine pipeline after submarine landslide. By comparing the data of combination of working conditions, the movement characteristics of landslide mass and the mechanism of interaction with structure can be obtained, which provides scientific basis and guidance for the prevention and control of submarine landslide.

【技术实现步骤摘要】
一种可模拟海底砂土液化导致的滑坡和冲击的实验装置
本专利技术涉及海洋工程建设领域，具体涉及一种模拟海底中砂土液化导致的滑坡和对结构物冲击的实验装置，可用于室内测量海底中发生滑坡后对海底管道冲击的荷载，为海洋工程建设提供一定的指导。
技术介绍
海洋蕴藏着极其丰富的能源，包括海洋石油、天然气、可燃冰、海洋再生能源(风能、潮汐能、潮流能和波浪能)等。以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的的海洋工程建设是我国未来经济发展的重要方向。在影响海洋陆坡地质环境安全的灾害因素中，海底滑坡是具有直接活动性、危害性最大的一种。它的发生不仅可以重塑陆坡区地质环境，严重破坏油气开发平台、油气管道、海底通讯电缆等重要设施，对海洋工程建设造成巨大的困难；还会引发天然气水合物资源的大量分解，造成海洋环境的恶化，引起海浪涡旋和海啸。也就是说海底滑坡所产生的影响在本质上控制着一个区域的地质灾害风险。因此，全面深入地研究认知近海滑坡的形成机制、影响因素以及风险评价方法，对于保障我国海洋能源开发、海洋空间利用中的工程设施建设意义重大。目前对海底滑坡的研究主要集中在滑坡的几何形态意识、结构分析与触发因素的定性研究等方面，但由于研究的困难性，对于海底滑坡的定量研究、滑坡机制和动力学的数值-物理方面仍有很多的工作要做。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种可模拟海底砂土液化导致的滑坡和冲击的实验装置，为工程近一步的解决海底滑坡灾害问题提供一定的指导。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：一种模拟海底中砂土液化导致的滑坡和对结构物冲击的实验装置，包括自动撒砂装置、土体液化装置、测量系统、数据采集系统、吊机和用于置放实验装置的机架；吊机与固定板一端相连，测量系统与数据采集系统相连；所述机架包括立柱、承台、多个水槽支架、置放在承台上的固定板和固定在固定板上的水槽；立柱位于吊机和水槽的中间并竖直固定在固定板上；多个水槽支架焊接固定在水槽上；自动撒砂装置包括电机和出口向下的料箱，所述料箱一端与电机相连，电机通过一螺钮固定在立柱上；料箱出口处设置有一活塞；所述土体液化装置包括两个运动方向相反的千斤顶及用于控制千斤顶运动的液压控制系统；两个千斤顶朝下，通过水槽支架依次固定在水槽顶，千斤顶与自动撒砂装置位于同一侧；液压控制系统固定在水槽支架上；所述测量系统包括置放在水槽中的海底管道、用于测量海底管道受荷的轴力传感器、用于测量滑坡体的流深的位移传感器、用于监测孔压的孔压传感器、用于测量沙土液化情况的弯曲元和用于记录水槽内的流动形态的多个高速相机；轴力传感器固定在海底管道表面，位移传感器和颗粒分度仪传感器的安装位置与自动撒砂装置位于同一侧，通过水槽支架固定在水槽顶；孔压传感器安装在水槽底部，弯曲元安装在自动撒砂装置下方水槽的侧壁上；多个高速相机固定在水槽支架上，高速相机至少一个安装在与自动撒砂装置同一侧的水槽顶，至少一个安装在海底管道周围的水槽侧壁上。进一步地，所述料箱出口下端还安装有一用于控制下落砂子的粒径的漏网。进一步地，数据采集系统包括计算机和数据采集仪。数据采集仪连接各个传感器，计算机数据进行分析处理并根据用户设置发布指令。进一步地，所述实验装置还包括安装在高速相机周围的照明灯。本专利技术的有益效果是：本专利技术的实验装置通过千斤顶和水槽造波产生不同波高的波浪，水槽侧壁的弯曲元可以监测到砂样的孔隙变化，为砂样的液化程度甚至海底滑坡的发生提供一定的评估。之后，滑坡体在重力作用下会向下滑动，冲击海底结构物比如海底管道，而轴力测力计可以记录结构物受到的冲击荷载，同时其他传感器可以监测到其他状态量，高速相机直接记录了滑坡体对海底结构物冲击的整个过程。因此该水槽装置为量化滑坡体与结构物的作用提供了可能。附图说明图1是推板式造波机原理示意图；图2是本专利技术的结构示意图(正面图)；图3是本专利技术的结构示意图(俯视图)；图4是本专利技术的结构示意图(侧视图)；图5是本专利技术的数据处理流程图；其中，1.水槽支架、2.高速相机固定支架、3.高速相机、4.海底管道、5.轴力传感器、6.承台、7.颗粒分度仪传感器、8.照明灯、9.孔压传感器、10.位移传感器、11.液压控制系统、12.千斤顶、13.固定板、14.料箱、15.砂样、16.立柱、17.活塞、18.漏网、19.螺钮、20.电机、21.吊钩、22.吊绳、23、吊环、24.弯曲元。具体实施方式由于海底地形的独特性和不可控制性以及大型海底滑坡实验的高成本性，从而阻碍了对海底滑坡的产生以及滑坡体与海底结构物的作用机理的认识，无法对海底滑坡灾害的防治提供合理的指导。目前尽管有一些海底滑坡定性的野外观测结果，但是我们仍需要通过大量定量的研究为海底滑坡的产生和冲击过程提供科学的量化标准。而可重复和可控制的室内小型水槽实验为我们认识滑坡体的冲击机理提供了可能。如图1、2和3所示，一种模拟海底中砂土液化导致的滑坡和对结构物冲击的实验装置，包括自动撒砂装置、土体液化装置、测量系统、数据采集系统、吊机和用于置放实验装置的机架；吊机与固定板13一端相连，测量系统与数据采集系统相连；所述机架包括立柱16、承台6、水槽支架1、置放在承台6上的固定板13和固定在固定板13上的水槽；立柱16位于吊机和水槽的中间并竖直固定在固定板13上；水槽支架1焊接固定在水槽上；自动撒砂装置包括电机和出口向下的料箱14，所述料箱14一端与电机相连，电机通过一螺钮固定在立柱16上；料箱14出口处设置有一活塞17；所述土体液化装置包括两个运动方向相反的千斤顶12及用于控制千斤顶12运动的液压控制系统；两个千斤顶12朝下，通过水槽支架1依次固定在水槽顶，千斤顶12与自动撒砂装置位于同一侧；液压控制系统固定在水槽支架1上；所述测量系统包括置放在水槽中的海底管道4、用于测量海底管道4受荷的轴力传感器5、用于测量滑坡体的流深的位移传感器10、用于监测孔压的孔压传感器9、用于测量沙土液化情况的弯曲元24和用于记录水槽内的流动形态的多个高速相机3；轴力传感器5固定在海底管道4表面，位移传感器10和颗粒分度仪传感器7的安装位置与自动撒砂装置位于同一侧，通过水槽支架1固定在水槽顶；孔压传感器9安装在水槽底部，弯曲元24安装在自动撒砂装置下方水槽的侧壁上；多个高速相机3固定在水槽支架1上，高速相机3至少一个安装在与自动撒砂装置同一侧的水槽顶，至少一个安装在海底管道4周围的水槽侧壁上。本专利技术中使用千斤顶的往复运动产生驻波，从而模拟海底中砂土液化过程，其造波原理接近推板式造波机的原理，如图1所示。目前，线形理论广泛用于波浪水槽中Themethodandpropertiesofwavesgeneratedbyserpent-typewave-maker、Extensionoftheeffectivetestareaofmulti-directionalwavesbysidewallreflections.、Analysisofwavegeneratorsandabsorbersinbasins.，忽略流体的粘性和可压缩性，以微波理论为基础，张忆(2017)等人提出造波机最大负载功率P(max)和造波参数的关系：式中Smax表示波的最大行程；Fmax表示最大负载力；Fpmax表示最大波压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可模拟海底中砂土液化导致的滑坡和对结构物冲击的实验装置，其特征在于，包括自动撒砂装置、土体液化装置、测量系统、数据采集系统、吊机和用于置放实验装置的机架；吊机与固定板(13)一端相连，测量系统与数据采集系统相连；所述机架包括立柱(16)、承台(6)、水槽支架(1)、置放在承台(6)上的固定板(13)和固定在固定板(13)上的水槽；立柱(16)位于吊机和水槽的中间并竖直固定在固定板(13)上；多个水槽支架(6)焊接固定在水槽上；自动撒砂装置包括电机和出口向下的料箱(14)，所述料箱(14)一端与电机相连，电机通过一螺钮固定在立柱(16)上；料箱(14)出口处设置有一活塞(17)；所述土体液化装置包括两个运动方向相反的千斤顶(12)及用于控制千斤顶(12)运动的液压控制系统；两个千斤顶(12)朝下，通过水槽支架(1)依次固定在水槽顶，千斤顶(12)与自动撒砂装置位于同一侧；液压控制系统固定在水槽支架(1)上；所述测量系统包括置放在水槽中的海底管道(4)、用于测量海底管道(4)受荷的轴力传感器(5)、用于测量滑坡体的流深的位移传感器(10)、用于监测孔压的孔压传感器(9)、用于测量沙土液化情况的弯曲元(24)和用于记录水槽内的流动形态的多个高速相机(3)；轴力传感器(5)固定在海底管道(4)表面，位移传感器(10)和颗粒分度仪传感器(7)的安装位置与自动撒砂装置位于同一侧，通过水槽支架(1)固定在水槽顶；孔压传感器(9)安装在水槽底部，弯曲元(24)安装在自动撒砂装置下方水槽的侧壁上；多个高速相机(3)固定在水槽支架(1)上，高速相机(3)至少一个安装在与自动撒砂装置同一侧的水槽顶，至少一个安装在海底管道(4)周围的水槽侧壁上。...

【技术特征摘要】
1.一种可模拟海底中砂土液化导致的滑坡和对结构物冲击的实验装置，其特征在于，包括自动撒砂装置、土体液化装置、测量系统、数据采集系统、吊机和用于置放实验装置的机架；吊机与固定板(13)一端相连，测量系统与数据采集系统相连；所述机架包括立柱(16)、承台(6)、水槽支架(1)、置放在承台(6)上的固定板(13)和固定在固定板(13)上的水槽；立柱(16)位于吊机和水槽的中间并竖直固定在固定板(13)上；多个水槽支架(6)焊接固定在水槽上；自动撒砂装置包括电机和出口向下的料箱(14)，所述料箱(14)一端与电机相连，电机通过一螺钮固定在立柱(16)上；料箱(14)出口处设置有一活塞(17)；所述土体液化装置包括两个运动方向相反的千斤顶(12)及用于控制千斤顶(12)运动的液压控制系统；两个千斤顶(12)朝下，通过水槽支架(1)依次固定在水槽顶，千斤顶(12)与自动撒砂装置位于同一侧；液压控制系统固定在水槽支架(1)上；所述测量系统包括置放在水槽中的海底管道(4)、用于测量海底管道(4)受荷的轴力传感器(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘鹏路，方君，闫自海，王宽君，王立忠，洪义，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33