【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋地质灾害模拟领域，具体为一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置及方法。
技术介绍
1、底滑坡不仅会对海洋工程设施造成重大危害，其释放的巨大能量还会引发海啸，严重威胁沿岸居民生命和财产安全。
2、在海洋环境中，当沉积作用引起的海底地层超孔压产生速率超过其消散速率时，将导致超孔压累积，这一过程被称为快速沉积作用。快速沉积作用是海底滑坡最常见的触发因素之一，与其相关的海底滑坡通常具有角度低、规模大的特征。统计资料显示，由快速沉积作用直接触发的海底滑坡占比约25％，还有证据表明快速沉积作用是许多海底滑坡发生的前提条件。南海北部是我国重要的海域油气资源开发阵地，珠江、红河、高屏溪等入海河流每年向南海北部输送数百万吨陆源碎屑物，这些入海泥沙在此快速堆积导致了南海北部发育了众多与快速沉积作用密切相关的海底滑坡，严重威胁我国在该区域的海洋工程建设和后期运营安全。因此，观测快速沉积作用触发海底滑坡演化过程对揭示快速沉积作用触发海底滑坡的力学机理以及指导海洋工程选址、建设和运行具有重要的意义。
3、现场原位观测是揭示快速沉积作用触发海底滑坡最直接的手段，然而受限于海底滑坡所处的深水环境，目前相关工作尚处空白。数值模拟作为一种有效手段，在一定程度上揭示了沉积速率、沉积物力学性质、斜坡坡度等因素对快速沉积作用触发海底滑坡的贡献程度，但其准确性依然存在巨大挑战，主要原因在于：其一，数值模拟的准确性严重依赖本构模型的选取，而现有研究均采用正常固结土的本构模型描述快速沉积作用下欠固结地层的力学性质；其二，缺乏现场
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置，包括模拟箱、土颗粒释放模块、沉积速率测量模块、接触测量模块以及非接触测量模块；
2、所述模拟箱底部设有模拟斜坡，模拟箱内装有水体；
3、所述土颗粒释放模块包括供土箱，供土箱上设有风扇，所述供土箱底部设有可升降的盛土平台，供土箱内装有沉积土体，所述盛土平台底部设有升降驱动装置，所述风扇用于将供土箱内顶部的沉积土体吹入模拟箱内；
4、所述沉积速率测量模块包括空气浊度计、水中浊度计以及土体位移传感器，所述土体位移传感器位于供土箱上方，所述空气浊度计、水中浊度计固定于模拟箱内壁，空气浊度计、水中浊度计分别位于水体上方和水体内；
5、所述接触测量模块包括孔隙水压力传感器和光纤锚杆，所述孔隙水压力传感器埋设于模拟斜坡上，所述光纤锚杆锚定于所述模拟箱底部；
6、所述非接触测量模块包括相机，所述相机安装在试验模拟箱侧边，相机用于实时记录模拟箱内土体沉积图像以及沉积层位移图。
7、进一步地，所述沉积土体包括颗粒状的蒙脱石、伊利石和高岭石三种材料中的一种或多种。
8、进一步地，述升降驱动装置包括推杆电机，所述推杆电机的伸缩轴上端垂直连接于所述盛土平台底部，所述推杆电机用于调节盛土平台在供土箱内的高度，从而调节盛土平台上沉积土体上表面的高度。
9、进一步地，所述盛土平台两侧设有升降滚轮，所述升降滚轮转动连接于所述盛土平台边缘。
10、进一步地，所述土颗粒释放模块包括多个并排设置的风扇，
11、所述土颗粒释放模块还包括风速调节器，所述风速调节器与所有风扇相连。
12、进一步地，所述非接触测量模块包括还包括导管，所述导管固定于所述模拟箱内侧壁，所述导管用于向模拟箱内的沉积土体表面投放荧光粒子。
13、进一步地，所述非接触测量模块还包括激光光源，所述激光光源用于照亮所述模拟箱内部区域，使相机拍摄的图片清晰。
14、进一步地，接触测量模块还包括孔隙水压力传输线、光纤传输线、光纤解调仪以及计算机系统；光纤锚杆底部与模拟箱刚性连接；所述孔隙水压力传输线用于连接计算机系统以及孔隙水压力传感器，所述光纤传输线连接光纤锚杆、光纤解调仪和计算机系统。
15、本专利技术还提供一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验方法该方法使用上述的模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置，该方法包括如下步骤：
16、s1：试验装置组装：将土颗粒释放模块安装于模拟箱顶部；在模拟箱内侧壁安装导管；使导管上端穿过模拟箱侧壁；将导管通过模拟箱侧壁的开孔并紧贴侧壁；将光纤锚杆、孔隙水压力传感器安装于模拟箱底部，利用光纤传输线连接光纤锚杆和光纤解调仪；固定相机；
17、s2：配置沉积土体，将配置的沉积土体放入供土箱内；并在模拟箱内注入水体，至预定位置；
18、s3：开启试验：推杆电机以及风扇启动，推杆电机推动盛土平台以预定速度移动，风扇将盛土平台上出露的沉积土体吹入模拟箱内，并沉积入模拟箱内的水体中，在沉积土体沉积过程中，导管向模拟箱内的水体导入荧光粒子，荧光粒子分层沉积在模拟箱底部的沉积土体内；
19、s4：采集数据及图像；计算模拟箱内沉积土体的沉积速率；孔隙水压力传感器采集沉积土体内部的线域超孔隙水压力，光纤解调仪利用光纤传输线获取沉积土体位移数据；相机按照预设的帧率持续拍摄沉积区域的图像，获得模拟箱内土体沉积图像以及沉积层位移图，直至模拟箱内的沉积斜坡达到破坏标准后；试验结束。
20、进一步地，步骤s4中，计算模拟箱内沉积土体的平均质量沉积速率的过程为：利用土体位移传感器感测盛土平台上沉积土体减少的质量；利用空气浊度计、水中浊度计分别检测空气中悬浮的沉积土体的质量以及水中悬浮的沉积土体的质量；
21、测盛土平台上沉积土体减少的质量减去空气中悬浮的沉积土体的质量以及水中悬浮的沉积土体的质量得到模拟斜坡上土体的沉积量；
22、记录沉积土体沉积量的实时变化，即得到模拟斜坡上土体的沉积速率。
23、本专利技术提供一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置及方法的有益效果为：
24、(1)该试验装置包括模拟箱、土颗粒释放模块、沉积速率测量模块、接触测量模块以及非接触测量模块；其中土颗粒释放模块可通过推杆电机调节供土箱内沉积土体的高度，并可通过风扇风速大小从而控制沉积土体的土颗粒在空气中的悬浮量以及土颗粒在水中的沉降量，不仅可实现沉积物在坡面上均匀分布沉积，还可以控制和测量实时质量沉积速率。该试验装置可通过沿沉积层深度方向布置孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置，其特征在于，包括模拟箱、土颗粒释放模块、沉积速率测量模块、接触测量模块以及非接触测量模块；
2.根据权利要求1所述的一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置；其特征在于，所述沉积土体包括颗粒状的蒙脱石、伊利石和高岭石三种材料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置；其特征在于，所述升降驱动装置包括推杆电机，所述推杆电机的伸缩轴上端垂直连接于所述盛土平台底部，所述推杆电机用于调节盛土平台在供土箱内的高度，从而调节盛土平台上沉积土体的出露高度。
4.根据权利要求1所述的一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置；其特征在于，所述盛土平台两侧设有升降滚轮，所述升降滚轮转动连接于所述盛土平台边缘。
5.根据权利要求1所述的一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置；其特征在于，所述土颗粒释放模块包括多个并排设置的风扇，
6.根据权利要求1所述的一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置；其特征在于，所述非接触测量模块包括还包括导管，所述
7.根据权利要求1所述的一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置；其特征在于，所述非接触测量模块还包括激光光源，所述激光光源用于照亮所述模拟箱内部区域，使相机拍摄的图片清晰。
8.根据权利要求1所述的一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置；其特征在于，接触测量模块还包括孔隙水压力传输线、光纤传输线、光纤解调仪以及计算机系统；光纤锚杆底部与模拟箱刚性连接；所述孔隙水压力传输线用于连接计算机系统以及孔隙水压力传感器，所述光纤传输线连接光纤锚杆、光纤解调仪和计算机系统。
9.一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验方法；其特征在于，该方法使用权利要求1-8任意一项所述的模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置，该方法包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验方法；其特征在于，步骤S4中，计算模拟箱内沉积土体的平均质量沉积速率的过程为：利用土体位移传感器感测盛土平台上沉积土体减少的质量；利用空气浊度计、水中浊度计分别检测空气中悬浮的沉积土体的质量以及水中悬浮的沉积土体的质量；
...【技术特征摘要】
1.一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置，其特征在于，包括模拟箱、土颗粒释放模块、沉积速率测量模块、接触测量模块以及非接触测量模块；
2.根据权利要求1所述的一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置；其特征在于，所述沉积土体包括颗粒状的蒙脱石、伊利石和高岭石三种材料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置；其特征在于，所述升降驱动装置包括推杆电机，所述推杆电机的伸缩轴上端垂直连接于所述盛土平台底部，所述推杆电机用于调节盛土平台在供土箱内的高度，从而调节盛土平台上沉积土体的出露高度。
4.根据权利要求1所述的一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置；其特征在于，所述盛土平台两侧设有升降滚轮，所述升降滚轮转动连接于所述盛土平台边缘。
5.根据权利要求1所述的一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置；其特征在于，所述土颗粒释放模块包括多个并排设置的风扇，
6.根据权利要求1所述的一种模拟快速沉积作用触发海底滑坡的试验装置；其特征在于，所述非接触测量模块包括还包括导管，所述导管固定于所述模拟箱内侧壁...
【专利技术属性】
技术研发人员：李正辉，柏俊涛，赵信文，张傲，何军，王力，朱超祁，胡聪，季春生，
申请(专利权)人：中国地质调查局武汉地质调查中心中南地质科技创新中心，
类型：发明
国别省市：
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