CN101975687A

CN101975687A - 一种模拟斜坡海床的土体制备装置及方法

Info

Publication number: CN101975687A
Application number: CN 201010277593
Authority: CN
Inventors: 曹静; 高福平; 张恩勇; 韩希霆; 沙勇; 杨兵; 吴应湘
Original assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; Institute of Mechanics of CAS; CNOOC Research Center
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; Institute of Mechanics of CAS; CNOOC Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-09-08
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2030-09-08
Also published as: CN101975687B

Abstract

本发明涉及一种模拟斜坡海床的土体制备装置及方法，其特征在于：它包括一透明土槽，土槽左、右两侧壁分别竖向设置一支撑结构，每一支撑结构上设置有一水平高度可调节的横梁，两横梁上设置有一斜梁；沿斜梁设置有滑动轨道，滑动轨道上设置有连接刮板的滑块；土槽前、后两侧壁上分别设置有一水平支架，每一水平支架的一端设置有一其上设置有弧形滑槽的扇形支撑板，另一端设置有一支座，两支座上分别铰接一滑轨，两滑轨的另一端设置在相应一侧的弧形滑槽内，并通过锁紧装置锁紧；两滑轨上架设有一洒砂车；土槽外部设置有一电机，电机输出端设置有一卷扬轮，卷扬轮固定连接一拉索，拉索的另一端依次绕过设置在一侧支撑结构上的两个定滑轮后，用于挂设滑块和洒砂车其中之一。

Description

一种模拟斜坡海床的土体制备装置及方法

技术领域

本发明涉及模拟海床土体的制备装置及方法，特别是关于一种模拟斜坡海床的土体制备装置及方法。

背景技术

在海底，具有一定倾斜角度的海床比水平海床具有更大的普遍性。近海和大陆坡海域的砂质海床一般具有0～30°的倾斜角。斜坡海床的存在将导致海底结构物的在位稳定性大大降低，在环境载荷下更容易发生在位滑动失稳。因此，在斜坡海床上铺设管道以及进行其他基础性建设时，一般需要先模拟斜坡海床进行试验，而模拟斜坡海床经常需要制备相应的海床土体。然而，已有海床土体的制备装置及方法，主要针对水平海床的情况。对于斜坡土体的制备，陆地上常用的方法是将底板一侧用千斤顶顶起，然后铺设形成，这种方法如果用于海底，结果会使原来的沉积过程发生改变。而在模拟斜坡海床的试验过程中，海床土体的沉积过程也很重要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可模拟海底沉积过程、操作方便的模拟斜坡海床的土体制备装置及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种模拟斜坡海床的土体制备装置，其特征在于：它包括一透明土槽，所述土槽左、右两侧壁分别竖向设置一支撑结构，每一所述支撑结构上设置有一水平高度可调节的横梁，两所述横梁上设置有一斜梁；沿所述斜梁设置有滑动轨道，所述滑动轨道上设置有滑块，所述滑块上连接有一刮板；所述土槽前、后两侧壁上分别设置有一水平支架，每一所述水平支架的一端设置有一扇形支撑板，两所述扇形支撑板上分别设置有一弧形滑槽，每一所述水平支架的另一端设置有一支座，两所述支座上分别铰接一滑轨，两所述滑轨的另一端设置在相应一侧的所述弧形滑槽内，并通过锁紧装置锁紧；两所述滑轨上架设有一洒砂车；所述土槽外部设置有一电机，所述电机输出端设置有一卷扬轮，所述卷扬轮固定连接一拉索，所述拉索的另一端依次绕过设置在一侧所述支撑结构上的两个定滑轮后，用于挂设所述滑块和洒砂车其中之一。

所述电机采用步进电机。

所述电机采用伺服电机。

一种采用上述装置的模拟斜坡海床的土体制备方法，其包括以下步骤：1)将滑轨一端安装在土槽顶部的支座上，调节滑轨另一端在弧形滑槽内的高度并锁紧，将洒砂车架设在滑轨上，将卷扬轮上的拉索，依次绕过两个定滑轮后，挂设在洒砂车上；2)启动电机带动卷扬轮拉动洒砂车往复运行，将洒砂车内的砂料洒入土槽中，得到粗略近似于预制备坡度的土体结构，然后解开拉索，取下洒砂车，并拆除滑轨；3)根据预制备的土体结构的坡度，调节两横梁在相应支撑结构上的高度并固定，将斜梁安装在两横梁上；在斜梁的滑动轨道上安装连接有刮板的滑块，将卷扬轮上的拉索依次绕过两个定滑轮后，挂设在滑块上；4)启动电机带动卷扬轮拉动滑块，带动滑块上的刮板沿斜梁滑动，对土体结构进行刮平，直至得到预制备土体结构。

所述步骤2)中，根据预制备的土体结构的厚度和坡度要求，洒砂车的往复运行是变速运动。

所述步骤1)中，首先在土槽内，用硬质材料搭建一与预制备的土体结构相同坡度的斜坡，然后安装洒砂车。

所述步骤2)中，洒砂车的往复运行是匀速运动。

所述步骤2)中，洒砂车沿滑轨往复运行，将砂料一层层铺设在土槽中，在此过程中不断调节设置在弧形滑槽内的滑轨一端的高度，直至土体结构制作完成。

所述步骤4)中，刮板对土体结构反复刮平2～3次，直至刮板基本上与土体结构保持接触。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过设置在土槽侧壁上的水平支架、扇形支撑板和滑轨，可以将洒砂车架设在土槽上方，洒砂车沿滑轨往复运动，即可将砂料一层层铺设在土槽中，同时，可以根据砂料性质和预制备的土体结构的密度，不断调节设置在扇形支撑板的弧形滑槽一端滑轨的高度，调节洒砂车距离土体表面的高度，直至土体结构制作完成。2、本发明通过设置在土槽侧壁上的支撑结构和横梁，可以调节斜梁的倾斜角度，使其与预制备的土体结构坡度一致，通过设置在斜梁上的滑块和刮板，可以进一步精确调控土体的倾斜坡度，保证斜坡表面的平整度，最终得到与预制备的土体结构坡度相同的土体结构，以用于模拟斜坡海床。3、本发明通过层层铺设砂料，并不断调节洒砂车距离土体表面的高度，可以制备不同相对密实度的土体结构，以模拟海底斜坡海床的沉积过程。4、本发明由于洒砂车的洒砂速度不变，因此，可以通过电机调节洒砂车的行走速度，使洒砂车变速行走，使土体的铺设厚度前后不一致，以形成具有一定坡度的土体；也可以使洒砂车匀速行走，进而使土体的铺设厚度前后一致。本发明结构设计巧妙，操作方便，可广泛用于模拟斜坡海床的土体制备过程中。

附图说明

图1是本发明装置操作方式一结构示意图

图2是本发明水平支架、扇形支撑板和滑轨结构示意图

图3是本发明装置操作方式二结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明装置包括一透明材料制作的土槽1，在土槽1左、右相对的两侧壁上分别竖向设置一支撑结构2，每一支撑结构2上设置有一水平高度可调节的横梁3，一斜梁4的两端搭设并固定在两横梁3上。根据需要，可以通过调节两横梁3的高度，进而调节斜梁4的倾斜角度。沿着斜梁4设置有滑动轨道，滑动轨道上设置有滑块5，滑块5下方设置有一刮板6。土槽1外部设置有一电机7，电机7输出端设置有一卷扬轮8，卷扬轮8固定连接一拉索9的一端，拉索9的另一端依次绕过设置在一侧支撑结构2上的两个定滑轮10后，挂设在滑块5上。

如图1、图2所示，在土槽1前、后相对的两侧壁上分别设置有一水平支架11，每一水平支架11的一端设置有一扇形支撑板12，两扇形支撑板12上分别设置有一弧形滑槽13。每一水平支架11的另一端通过一支座14铰接一滑轨15的一端，两滑轨15的另一端可分别在相应的弧形滑槽13内移动，并可通过锁紧装置锁紧。两滑轨15上架设有一洒砂车16，拉索9的另一端也可以依次绕过设置在一侧支撑结构2上的两个定滑轮10后，挂设在洒砂车16上。

本发明进行土体铺设时，需要根据砂料性质(如粒径、黏度等)和预制备的土体结构17的密度，调节洒砂车16距土体表面的距离，此时，只要调整位于弧形滑槽13一端的滑轨15高度并锁紧即可实现。洒砂车16沿滑轨15往复运动，即可将砂料一层层铺设在土槽1中，在此过程中还可以不断调节设置在弧形滑槽13一端滑轨15的高度，直至土体结构17制作完成。

同时本发明进行土体铺设时，由于洒砂车16的洒砂速度不变，因此，可以通过调节洒砂车16的行走速度，使洒砂车16变速行走，来调节土体的铺设厚度，以形成具有一定坡度的土体；也可以不调节洒砂车16的行走速度，使洒砂车16匀速行走，进而使土体的铺设厚度前后一致。

如图1所示，本发明装置具体操作时，包括以下步骤：

1)将滑轨15一端安装在土槽1顶部水平支架11的支座14上，调节滑轨15在扇形支撑板12的弧形滑槽13内的高度，将洒砂车16架设在滑轨15上，将电机7输出端、卷扬轮8上固定连接的拉索9的另一端，依次绕过设置在一侧支撑结构2上的两个定滑轮10后，挂设在洒砂车16上。

2)启动电机7带动卷扬轮8拉动洒砂车16变速运行，将洒砂车16内的砂料洒入土槽1中，得到粗略近似于预制备坡度的土体结构17，然后解开拉索9与洒砂车16的连接，取下洒砂车16和滑轨15。

3)根据预制备的土体结构17的坡度，调节两横梁3在相应支撑结构2上的高度，并将斜梁4设置在两横梁3上；在斜梁4的滑动轨道上安装连接有刮板6的滑块5，将电机7输出端、卷扬轮8上固定连接的拉索9的另一端，依次绕过设置在一侧支撑结构2上的两个定滑轮10后，挂设在滑块5上。

4)启动电机7拉动滑块5，带动刮板6沿斜梁4滑动，对土体结构17进行刮平；反复刮平2～3次，直至滑块5运动的全程内，刮板6基本上与土体结构17保持接触，即得到预制备的土体结构17，以用于模拟斜坡海床。

如图3所示，本发明装置还可以采取另一种操作方式，其包括以下步骤：

1)在土槽1内的底板上，采用硬质材料搭建一与预制备的土体结构17相同坡度的斜坡18。

2)将滑轨15一端安装在土槽1顶部水平支架11的支座14上，调节滑轨15在扇形支撑板12的弧形滑槽13内的高度，将洒砂车16架设在滑轨15上，将电机7输出端、卷扬轮8上固定连接的拉索9的另一端，依次绕过设置在一侧支撑结构2上的两个定滑轮10后，挂设在洒砂车16上。

3)启动电机7带动卷扬轮8拉动洒砂车16匀速运行，将洒砂车16内的砂料均匀洒入土槽1内的斜坡18上，并达到预制备的土体结构17的深度，然后解开拉索9与洒砂车16的连接，取下洒砂车16和滑轨15。

4)根据预制备的土体结构17的坡度，调节两横梁3在相应支撑结构2上的高度，并将斜梁4设置在两横梁3上；在斜梁4的滑动轨道上安装连接有刮板6的滑块5，将电机7输出端、卷扬轮8上固定连接的拉索9的另一端，依次绕过设置在一侧支撑结构2上的两个定滑轮10后，挂设在滑块5上。

5)启动电机7拉动滑块5，带动刮板6沿斜梁4滑动，对土体结构17进行刮平，即可得到需要制备的土体结构17，以用于模拟斜坡海床。

上述实施例中，电机7可以采用步进电机或者伺服电机。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种模拟斜坡海床的土体制备装置，其特征在于：它包括一透明土槽，所述土槽左、右两侧壁分别竖向设置一支撑结构，每一所述支撑结构上设置有一水平高度可调节的横梁，两所述横梁上设置有一斜梁；沿所述斜梁设置有滑动轨道，所述滑动轨道上设置有滑块，所述滑块上连接有一刮板；

所述土槽前、后两侧壁上分别设置有一水平支架，每一所述水平支架的一端设置有一扇形支撑板，两所述扇形支撑板上分别设置有一弧形滑槽，每一所述水平支架的另一端设置有一支座，两所述支座上分别铰接一滑轨，两所述滑轨的另一端设置在相应一侧的所述弧形滑槽内，并通过锁紧装置锁紧；两所述滑轨上架设有一洒砂车；

所述土槽外部设置有一电机，所述电机输出端设置有一卷扬轮，所述卷扬轮固定连接一拉索，所述拉索的另一端依次绕过设置在一侧所述支撑结构上的两个定滑轮后，用于挂设所述滑块和洒砂车其中之一。

2.如权利要求1所述的一种模拟斜坡海床的土体制备装置，其特征在于：所述电机采用步进电机。

3.如权利要求1所述的一种模拟斜坡海床的土体制备装置，其特征在于：所述电机采用伺服电机。

4.一种采用如权利要求1～3任一项所述装置的模拟斜坡海床的土体制备方法，其包括以下步骤：

1)将滑轨一端安装在土槽顶部的支座上，调节滑轨另一端在弧形滑槽内的高度并锁紧，将洒砂车架设在滑轨上，将卷扬轮上的拉索，依次绕过两个定滑轮后，挂设在洒砂车上；

2)启动电机带动卷扬轮拉动洒砂车往复运行，将洒砂车内的砂料洒入土槽中，得到粗略近似于预制备坡度的土体结构，然后解开拉索，取下洒砂车，并拆除滑轨；

3)根据预制备的土体结构的坡度，调节两横梁在相应支撑结构上的高度并固定，将斜梁安装在两横梁上；在斜梁的滑动轨道上安装连接有刮板的滑块，将卷扬轮上的拉索依次绕过两个定滑轮后，挂设在滑块上；

4)启动电机带动卷扬轮拉动滑块，带动滑块上的刮板沿斜梁滑动，对土体结构进行刮平，直至得到预制备土体结构。

5.如权利要求4所述的一种模拟斜坡海床的土体制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，根据预制备的土体结构的厚度和坡度要求，洒砂车的往复运行是变速运动。

6.如权利要求4所述的一种模拟斜坡海床的土体制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，首先在土槽内，用硬质材料搭建一与预制备的土体结构相同坡度的斜坡，然后安装洒砂车。

7.如权利要求6所述的一种模拟斜坡海床的土体制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，洒砂车的往复运行是匀速运动。

8.如权利要求4或5或6或7所述的一种模拟斜坡海床的土体制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，洒砂车沿滑轨往复运行，将砂料一层层铺设在土槽中，在此过程中不断调节设置在弧形滑槽内的滑轨一端的高度，直至土体结构制作完成。

9.如权利要求4或5或6或7所述的一种模拟斜坡海床的土体制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，刮板对土体结构反复刮平2～3次，直至刮板基本上与土体结构保持接触。

10.如权利要求8所述的一种模拟斜坡海床的土体制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，刮板对土体结构反复刮平2～3次，直至刮板基本上与土体结构保持接触。