本发明专利技术公开了一种模拟冰山与海底斜坡碰撞引发海底滑坡的实验装置及其方法，实验装置包括温控水槽系统、轨道布置系统、冰块垂直撞击系统、冰块水平撞击系统、海底斜坡和总体控制系统：温控水槽系统用于模拟冰川海域的低温环境，轨道布置系统用于改变冰块相对于海底斜坡的坠落位置，冰块垂直撞击系统控制冰块的坠落高度，以模拟冰山上不同高度坠落的冰块与海底斜坡的垂直碰撞行为，冰块水平撞击系统控制冰块水平运动的速度，以模拟洋流作用下不同漂移速率的冰山与海底斜坡的水平碰撞行为，总体控制系统使各系统协同工作以准确模拟冰山在坠落和漂移运动中因与海底斜坡碰撞而引起海底滑坡的全过程。底滑坡的全过程。底滑坡的全过程。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟冰山与海底斜坡碰撞引发海底滑坡的实验装置及其方法
[0001]本专利技术属于海洋工程地质
，尤其涉及一种模拟冰山与海底斜坡碰撞引发海底滑坡的实验装置及其方法。
技术介绍
[0002]海底滑坡是一种常见的海洋地质灾害，是海底沉积物在重力作用下发生快速滑动的过程，其诱发因素多样，冰山与海底斜坡的碰撞是其诱发因素之一，冰山对海底斜坡的冲击可诱发斜坡内剪切带的形成与扩展，从而对海底基础设施构成危险。
[0003]目前与海底滑坡相关的实验研究主要集中在地震、波浪、可燃冰开采等诱发因素以及滑坡涌浪、管线冲击等后继灾变方面，很少关注冰山对海底斜坡的碰撞作用，对因冰山坠落和搁浅撞击海底斜坡而引起的海底滑坡研究相对不足。为了能够更好模拟冰山与海底斜坡碰撞引发的海底滑坡，亟需一种适用于模拟冰山与海底斜坡碰撞引发海底滑坡的实验装置，研究冰山碰撞对海底斜坡稳定性的影响，揭示相关海底滑坡的发生机理，达到提升海底工程安全性的目的。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服技术的不足，提供一种模拟冰山与海底斜坡碰撞引发海底滑坡的实验装置及其方法，适用于分析海底斜坡中因冰山碰撞引发海底滑坡的全过程。
[0005]本申请实施例公开了一种模拟冰山与海底斜坡碰撞引发海底滑坡的实验装置，其包括温控水槽系统、轨道布置系统、冰块垂直撞击系统、冰块水平撞击系统、海底斜坡和总体控制系统：
[0006]所述温控水槽系统作为实验进行的场所，所述温控水槽系统包括无盖温控水槽、温度控制设备、温度计，无盖温控水槽内设置一定高度的水位，并通过温度控制设备控制水体温度模拟冰川海域的低温环境；
[0007]所述轨道布置系统用于控制冰块相对于海底斜坡的坠落位置，其包括滑轨、滑轨固定装置、弓形滑块、液压升降杆，所述滑轨共有两道，通过所述滑轨固定装置固定在所述无盖温控水槽上；所述弓形滑块的两端分别位于所述两道滑轨上，可沿所述滑轨双向自由滑动；所述弓形滑块中央内置所述液压升降杆；
[0008]所述冰块垂直撞击系统包括冰块固定装置、冰块，所述冰块固定装置与所述液压升降杆相连接，液压升降杆可调节冰块固定装置的高度，所述冰块固定装置用于固定所述冰块；
[0009]所述冰块水平撞击系统包括缆绳、转轴、固定转轴、电机，所述缆绳共两根，一端缠绕固定在所述冰块上，另一端绕过所述转轴和所述固定转轴并固定在所述电机上；所述转轴与所述液压升降杆相连接，所述固定转轴固定在所述无盖温控水槽上，所述电机固定在所述无盖温控水槽外侧壁面；
[0010]所述海底斜坡铺垫布置于所述无盖温控水槽内；
[0011]所述总体控制系统包括液压传控装置、计算机、电线，所述电线将所述液压传控装置、所述计算机与所述温度控制设备、所述液压升降杆、所述冰块固定装置、所述电机相连接。
[0012]优选的，所述温控水槽系统包括无盖温控水槽、温度控制设备、温度计，所述无盖温控水槽内部安装所述温度控制设备，所述温度计布置于所述无盖温控水槽内侧壁面；所述无盖温控水槽为长方体，上侧无盖，其中两个长侧壁面为透明壁面用于观测所述无盖温控水槽内部实况，下侧和两个宽侧壁面为非透明壁面，所述非透明壁面内置所述温度控制设备；所述温度控制设备用于使所述无盖温控水槽内部制冷至低温，所述制冷温度范围为0～15摄氏度，其中所述温度控制设备为半导体制冷设备；所述温度计的温度测量范围为0～90摄氏度。
[0013]优选的，所述滑轨由不锈钢板制成，两道滑轨平行设置，在调整好位置后通过所述滑轨固定装置和螺栓固定在所述无盖温控水槽上方。
[0014]优选的，所述弓形滑块为不锈钢材质，其顶部中央有一贯通的孔洞，所述液压升降杆为圆柱体，分为基础节和伸缩节，基础节长固定，伸缩节长度可变化；所述液压升降杆可插入所述弓形滑块顶部中央的孔洞中，孔洞内部与所述液压升降杆基础节通过螺栓平滑连接。
[0015]优选的，所述冰块由水在模具中冷冻制成，其上部为圆柱形，用以所述两个环形刀口嵌入夹住和所述缆绳缠绕绑定；所述冰块下部为圆锥形，锥尖用以模拟冰山与海底斜坡的碰撞部位。
[0016]优选的，所述冰块固定装置为不锈钢材质，其可通过螺栓与所述液压升降杆装配连接，通过调整所述液压升降杆伸缩节的高度，可改变所述冰块固定装置的固定高度；所述冰块固定装置的所述两个环形刀口能够嵌入所述冰块内部，从而夹住所述冰块使之固定在所述无盖温控水槽上方一定高度处。
[0017]优选的，所述冰块固定装置可围绕所述液压升降杆轴心水平自由转动以实现两个环形刀口的打开和闭合行为，从而控制所述冰块的坠落行为，使之垂直撞击所述海底斜坡；基于不同的所述冰块固定装置的固定高度、所述无盖温控水槽内水位线的高度和所述海底斜坡的高度，可使所述冰块以不同的垂直运动速度撞击海底斜坡。
[0018]优选的，所述转轴可通过螺栓与所述液压升降杆伸缩节装配连接，可根据所述无盖温控水槽内水位自由调节其在所述无盖温控水槽内的高度。
[0019]优选的，所述两根缆绳为聚乙烯材质，其可自由穿过所述转轴、所述固定转轴，一端缠绕绑定在所述冰块不同位置上，另一端缠绕绑定在所述电机上；所述转轴、所述固定转轴、所述电机均为两绳两通道。
[0020]优选的，所述电机可电动回收所述缆绳从而拉动所述冰块水平运动，使之水平撞击所述海底斜坡；基于不同的所述缆绳回收速度，可使所述冰块以不同的水平运动速度撞击海底斜坡。
[0021]优选的，所述电线将所述计算机与所述液压传控装置相连，再将所述液压传控装置与所述各液压升降杆相连，用以控制所述各液压升降杆的升降运动和所述冰块的坠落高度；所述电线将所述温度控制设备与所述计算机相连，用以控制所述无盖温控水槽内部温
度；所述电线将所述冰块固定装置与所述计算机相连，用以控制所述冰块的坠落行为；所述电线将所述电机与所述计算机相连，用以控制所述缆绳的回收及回收速度，从而控制所述冰块的水平运动行为及运动速度。
[0022]本专利技术还公开了一种所述实验装置的冰山碰撞引发海底滑坡实验方法，其包括如下步骤：
[0023]a、将所述无盖温控水槽平置于水平平台上，并在所述无盖温控水槽外围布设相关观测仪器；
[0024]b、在所述无盖温控水槽内铺土以布置所述海底斜坡，并往所述无盖温控水槽内注水至指定水位线高度；
[0025]c、开启所述总体控制系统，使所述温度控制设备进入工作状态，输入指定制冷温度开始制冷，使得所述温度计示数达到实验控制温度并保持温度计示数稳定；而后输入各液压升降杆伸缩节末端高程，通过所述液压传控装置改变所述各液压升降杆长度，并带动所述冰块固定装置上下移动；
[0026]d、通过操作所述计算机，打开所述冰块固定装置中的所述环形刀口，将所述冰块放入指定位置，而后关闭所述环形刀口夹住冰块使之位于指定坠落高度；
[0027]e、将所述两根缆绳的一端缠绕在所述冰块上，保持所述两根缆绳的缠绕位置上下间距一定距离，通过计算机调整，另一端穿过所述转轴和所述固定转轴并缠绕固本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟冰山与海底斜坡碰撞引发海底滑坡的实验装置，其特征在于包括温控水槽系统、轨道布置系统、冰块垂直撞击系统、冰块水平撞击系统、海底斜坡和总体控制系统：所述温控水槽系统作为实验进行的场所，所述温控水槽系统包括无盖温控水槽(1)、温度控制设备(2)、温度计(6)，无盖温控水槽(1)内设置一定高度的水位，并通过温度控制设备(2)控制水体温度模拟冰川海域的低温环境；所述轨道布置系统用于控制冰块相对于海底斜坡的坠落位置，其包括滑轨(3)、滑轨固定装置(4)、弓形滑块(5)、液压升降杆(7)，所述滑轨(3)共有两道，通过所述滑轨固定装置(4)固定在所述无盖温控水槽(1)上；所述弓形滑块(5)的两端分别位于所述两道滑轨(3)上，可沿所述滑轨(3)双向自由滑动；所述弓形滑块(5)中央内置所述液压升降杆(7)；所述冰块垂直撞击系统包括冰块固定装置(8)、冰块(9)，所述冰块固定装置(8)与所述液压升降杆(7)相连接，液压升降杆(7)可调节冰块固定装置(8)的高度，所述冰块固定装置(8)用于固定所述冰块(9)；所述冰块水平撞击系统包括缆绳(10)、转轴(11)、固定转轴(12)、电机(13)，所述缆绳(10)共两根，一端缠绕固定在所述冰块(9)上，另一端绕过所述转轴(11)和所述固定转轴(12)并固定在所述电机(13)上；所述转轴(11)与所述液压升降杆(7)相连接，所述固定转轴(12)固定在所述无盖温控水槽(1)上，所述电机(13)固定在所述无盖温控水槽(1)外侧壁面；所述海底斜坡(14)铺垫布置于所述无盖温控水槽(1)内；所述总体控制系统包括液压传控装置(15)、计算机(18)、电线(19)，所述电线(19)将所述液压传控装置(15)、所述计算机(18)与所述温度控制设备(2)、所述液压升降杆(7)、所述冰块固定装置(8)、所述电机(13)相连接。2.按照权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述温控水槽系统包括无盖温控水槽(1)、温度控制设备(2)、温度计(6)，所述无盖温控水槽(1)内部安装所述温度控制设备(2)，所述温度计(6)布置于所述无盖温控水槽(1)内侧壁面；所述无盖温控水槽为长方体，上侧无盖，其中两个长侧壁面为透明壁面用于观测所述无盖温控水槽内部实况，下侧和两个宽侧壁面为非透明壁面，所述非透明壁面内置所述温度控制设备；所述温度控制设备用于使所述无盖温控水槽内部制冷至低温，所述制冷温度范围为0～15摄氏度，其中所述温度控制设备为半导体制冷设备；所述温度计的温度测量范围为0～90摄氏度。3.按照权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述滑轨由不锈钢板制成，两道滑轨(3)平行设置，在调整好位置后通过所述滑轨固定装置和螺栓固定在所述无盖温控水槽上方。4.按照权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述弓形滑块为不锈钢材质，其顶部中央有一贯通的孔洞，所述液压升降杆为圆柱体，分为基础节(16)和伸缩节(17)，基础节长固定，伸缩节长度可变化；所述液压升降杆可插入所述弓形滑块顶部中央的孔洞中，孔洞内部与所述液压升降杆基础节通过螺栓平滑连接。5.按照权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述冰块固定装置(8)由两部分组成，各部分前端均设有一个环形刀口(20)，尾端可分别围绕一个液压升降杆轴心水平自由转动以实现两个环形刀口的打开和闭合行为，闭合时两个环形刀口(20)组成圆环并能够嵌入所述冰块内部从...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈佳轶，陈前，葛畅，王立忠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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