一种海底变形监测探杆耦合效果校准装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种海底变形监测探杆耦合效果校准装置及其工作方法,包括土槽、内置分离式土槽、推进装置。通过本发明专利技术的技术方案，利用本装置可实现海底变形监测探杆与不同类型(沙土、粉土、黏土)、不同状态(固结状态、液化状态)土体的变形耦合效果的校准，使得海底变形原位监测数据更真实可靠。内置分离式水槽的镂空设计与土槽前侧的透明材质板，可实现内部土体变形的可视化，通过位移测量装置可准确测量土体的实际变形量，进而完成监测探杆测量数据的对比修正。推进装置可控制土体变形速率，压力传感器可量化土体变形的剪应力发展过程，可进一步开展土体剪切变形破坏过程中监测探杆数据有效性分析。数据有效性分析。数据有效性分析。

【技术实现步骤摘要】
一种海底变形监测探杆耦合效果校准装置及其工作方法


[0001]本专利技术涉及海底海床监测
，具体而言，特别涉及一种海底变形监测探杆耦合效果校准装置及其工作方法。

技术介绍

[0002]河口、海岸及近海区域是海洋开发利用相对集中的地带，其底床大都由松散沉积物沉积而成，在地震、波浪、潮汐等荷载的作用下，海床易发生剪切破坏、液化等失稳破坏，严重威胁到海底管线、石油平台、风机基础等海洋工程构筑物的安全稳定。因此探究海底土失稳破坏的灾变过程与机制，并开展相关原位监测研究具有重要的科学意义与工程需求。近年来国内外关于海底变形监测的技术成为研究焦点，其中海床侧向变形的监测技术具有广阔的应用前景，柔性监测探杆等传感技术相应而生。其监测原理为将监测探杆垂直埋设于海床内，海床发生侧向变形时，土体会带动探杆发生应变，通过传感量测探杆的侧向形变，间接反映不同深度海床土体的侧向变形。
[0003]前人的试验工作对海底变形监测探杆的精度及原位监测技术的可行性给出了验证，以上相关监测技术在陆上的监测应用已经相对很成熟。然而海底沉积物相对较为松散，甚至失稳破坏后会成非牛顿流体，土体发生滑动变形势必会与探杆发生错动，因此监测探杆与不同状态土体的耦合效果需要进行校准，以修正变形数据，剔除无效数据，监测数据才能真实地量化海床土体侧向变形。目前尚无公开相关的校准装置，能够实现对海底变形监测探杆的耦合效果进行校准。

技术实现思路

[0004]为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供了一种海底变形监测探杆耦合效果校准装置及其工作方法，用于校准各种监测探杆与不同类型、不同状态土体的变形耦合效果。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种海底变形监测探杆耦合效果校准装置，包括土槽、内置分离式土槽、推进装置；
[0006]土槽前侧选用透明材质的亚克力板或钢化玻璃，除顶面的其他面选用不锈钢板材组成，土槽内底部中央位置设置固定基座，土槽内背侧设置4条导向轨；
[0007]内置分离式土槽设置于土槽内部，若干个内置分离式土槽垂直叠放，每个内置分离式土槽背面有导向槽，导向槽与土槽的导向轨相结合，内置分离式土槽的前侧、上下两侧均为镂空设计，叠放的内置分离式土槽上下通过导向轨和导向槽进行无缝结合；
[0008]推进装置数量与内置分离式土槽相等且设置于土槽侧面，推进装置包括推进杆，推进杆末端穿过土槽侧面与每个内置分离式土槽相连接，且连接处安装压力传感器，通过推进装置推进内置分离式土槽发生横向位移；
[0009]每个内置分离式土槽的侧壁分别与对应的推进杆连接处安装有位移感应器，土槽前侧放置有粒子图像测速系统，粒子图像测速系统的照相机对着土槽前侧，拍摄土体内示踪粒子的运动轨迹，计算获得土体的横向位移；
[0010]固定基座上垂直向上安装有监测探杆，监测探杆自下至上依次穿过内置分离式土槽和土槽的顶面。
[0011]作为优选方案，内置分离式土槽设置有四组。
[0012]作为优选方案，导向轨和导向槽内部设置润滑液。
[0013]作为优选方案，推进杆的另一端连接有推进滚轮。
[0014]进一步地，推进滚轮可连接电动机。
[0015]作为优选方案，位移感应器为高精度激光位移计或机械式位移千分表中的一种。
[0016]作为优选方案，监测探杆为带线缆的杆节组合结构，每个节点处设有一个三轴加速度传感器，根据传感器的姿态变化可推算出各个节点的位移偏量。
[0017]一种海底变形监测探杆耦合效果校准装置的工作方法,具体包括以下步骤：
[0018]S1：校准试验采用砂质粉土，风干、碾碎、过筛，以2.5:1的质量比加水配制初始含水率相同的饱和泥浆试样，将泥浆填充至土槽内，进行不同时间的静置固结，以模拟不同状态的土体；
[0019]S2、土槽前侧添加大颗粒可视粒子，为粒子图像测速系统的运行做好准备；达到预设固结时间之后，开启推进装置，使其按照恒定的推进速率推动内置分离式土槽进行变形移动，推进位移量50
‑
200mm；
[0020]S3、试验过程中通过位移感应器和粒子图像测速系统测算土体的实际位移量；
[0021]S4、试验结束后取样进行土工试验，测量试样的包括含水率、密度、孔隙比参数。
[0022]本专利技术由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：利用本装置可实现海底变形监测探杆与不同类型(沙土、粉土、黏土)、不同状态(固结状态、液化状态)土体的变形耦合效果的校准，使得海底变形原位监测数据更真实可靠。内置分离式水槽的镂空设计与土槽前侧的透明材质板，可实现内部土体变形的可视化，通过位移测量装置可准确测量土体的实际变形量，进而完成监测探杆测量数据的对比修正。推进装置可控制土体变形速率，压力传感器可量化土体变形的剪应力发展过程，可进一步开展土体剪切变形破坏过程中监测探杆数据有效性分析。
[0023]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0024]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0025]图1为本专利技术的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术的正视结构示意图；
[0027]图3为本专利技术的左视结构示意图；
[0028]图4为本专利技术的俯视结构示意图；
[0029]图5为外部箱体的结构示意图；
[0030]图6为内部箱体的结构示意图；
[0031]图7为本专利技术内部剖面左视结构示意图；
[0032]图8为装置外壳和内部单箱体结构示意图；
[0033]其中，图1至图7中附图标记与部件之间的对应关系为：
[0034]1土槽，2内置分离式土槽，3推进装置，4监测探杆，5固定基座；6导向轨，7导向槽，8推进杆，9压力传感器，10推进滚轮，11位移感应器，12粒子图像测速PIV系统。
具体实施方式
[0035]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0036]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0037]下面结合图1至图7对本专利技术的实施例的海底变形监测探杆耦合效果校准装置及其工作方法进行具体说明。
[0038]如图1至图7所示，本专利技术提出了一种海底变形监测探杆耦合效果校准装置及其工作方法，通过校准槽中分离式土槽给土体施加侧向形变，直接测量土体的变形量(百分表及图像测量)，并与光纤传感探杆测量的变形量进行对比分析，从而量化并校准其耦合效果。一种海底变形监测探杆耦合效果校准装置包括土槽1、内置分离式土槽2、推进装置3；
[0039]土本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海底变形监测探杆耦合效果校准装置，其特征在于,包括土槽(1)、内置分离式土槽(2)、推进装置(3)；所述土槽(2)前侧选用透明材质的亚克力板或钢化玻璃，除顶面的其他面选用不锈钢板材组成，土槽(2)内底部中央位置设置固定基座(5)，土槽(1)内背侧设置若干条导向轨(6)；所述内置分离式土槽(2)设置于土槽(1)内部，若干个内置分离式土槽(2)垂直叠放，每个内置分离式土槽(2)背面有导向槽(7)，导向槽(7)与土槽的导向轨(6)相结合，内置分离式土槽(2)的前侧、上下两侧均为镂空设计，叠放的内置分离式土槽(2)上下通过导向轨(6)和导向槽(7)进行无缝结合；所述推进装置(3)数量与内置分离式土槽(2)相等且设置于土槽(1)侧面，推进装置(3)包括推进杆(8)，推进杆(8)末端穿过土槽(1)侧面与每个内置分离式土槽(2)相连接，且连接处安装压力传感器(9)，通过推进装置(3)推进内置分离式土槽(2)发生横向位移；所述每个内置分离式土槽(2)的侧壁分别与对应的推进杆(8)连接处安装有位移感应器(11)，土槽(2)前侧放置有粒子图像测速(PIV)系统(12)，粒子图像测速(PIV)系统(12)的照相机对着土槽(2)前侧；所述固定基座(5)上垂直向上安装有监测探杆(4)，监测探杆(4)自下至上依次穿过内置分离式土槽(2)和土槽(1)的顶面。2.根据权利要求1所述的一种海底变形监测探杆耦合效果校准装置,其特征在于,所述内置分离式土槽(2)设置有四组。3.根据权利要求1所述的一种海底变形监测探杆耦合效果校准装置,其特征在于,所述导向轨(6)和导向槽(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振豪，王晓丽，殷延伟，
申请(专利权)人：自然资源部第一海洋研究所，
类型：发明
国别省市：