CN106707361B - 海床基静力贯入及取样平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种海床基静力贯入及取样平台,贯入油缸的伸缩端连接滑轮基座,第一驱动绳穿过第一动滑轮,第一驱动绳的一端经定滑轮连接框架,另一端经定滑轮连接滑板的上端,第二驱动绳穿过第二动滑轮,第二驱动绳的一端经定滑轮连接框架,另一端经定滑轮连接滑板的下端,框架的侧端设置导轨,滑板滑动连接导轨,滑板上设置有上左右夹持爪,于框架的侧端且在上左右夹持爪的下侧位置设置有下左右夹持爪,上伸缩油缸的伸缩端连接上左右夹持爪,下伸缩油缸的伸缩端连接下左右夹持爪,上左右夹持爪和下左右夹持爪均可夹持或松开杆件。本发明的有益效果:可实现对海底沉淀物进行原位探测、长期原位观测和静力取样的同步、同点测量。
Description
技术领域
本发明涉及海洋观测、海洋工程地质技术领域,特别是涉及一种海床基静力贯入及取样平台。
背景技术
在海岸带地区,泥沙经过河流的远距离输运快速沉降并堆积,在海洋水动力(波浪、海流、潮汐等)、土体自重及生物扰动下发生一系列的动态变化过程,包括沉积物固结压密过程、液化流变过程、侵蚀再悬浮运移过程。在这些过程中伴随着沉积物的成分、结构、物理力学性质和工程地质性质发生动态变化,进而引发海岸带侵蚀、港口淤积、海底滑坡、浊流等海洋地质灾害,从而对海上平台、海底管线、海底电缆等海洋工程设施造成巨大破坏。因此迫切需要对海底沉淀物进行探测/观测/监测。
目前对于海底沉积物的探测/观测/监测方法,主要包括以地震、浅剖为代表的海洋地球物理探测方法,以静力触探为代表的原位探测方法,以各类贯入式探杆为代表的长期原位观测方法,以沉积物取样为代表的沉积物分析方法。其中,海洋地球物理探测方法具有速度快、范围广、深度大等优点,但在海岸带地质环境演化过程最为快速、复杂的浅表层沉积物区域(海床面以下0-3m)往往处于其探测盲区;对于自然事件的过程,特别是细节的捕捉,其精度也远远无法满足要求。原位探测方法具有速度快、可靠性高等优点,但大多需要通过取样分析确定若干参数值,原位探测与取样点在时间与空间的不同步,往往导致数据存在固有误差。更重要的是,海洋地球物理探测方法与原位探测方法均缺乏时间上的连续性,是以获取静态数据为目的,被迫忽略浅层海底沉积物与底层海水之间随时间的动态变化、能量转化、物质交换过程。海洋地球物理探测方法与原位探测方法难以对快速、复杂的海岸带工程地质环境进行独立、有效的测量。长期原位观测方法大多为贯入式探杆/探针(如孔隙水压力探杆、电阻率探杆、地热探针等)观测;贯入方式本身仍是该领域的技术难点,而采用单一参数的贯入式探杆进行连续观测,对于描述复杂沉积物的动态变化过程,仍缺乏足够的可靠性。沉积物分析方法本身缺乏足够的时效性,而目前的主流取样方法中,重力取样可靠性底,钻孔取样成本高,且各种取样方式(重力、活塞、钻孔、箱式、抓斗等等)都会对沉积物造成不小的扰动,对数据分析产生极大的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海床基静力贯入及取样平台,实现对海底沉淀物进行原位探测、长期原位观测和静力取样。
本发明提供一种海床基静力贯入及取样平台,包括框架,框架的上端连接有承重头,框架中设置有液压站和贯入单元,贯入单元包括贯入油缸、上伸缩油缸、下伸缩油缸、动滑轮组、第一驱动绳、第二驱动绳、定滑轮、导轨和滑板,液压站液压连接贯入油缸、上伸缩油缸和下伸缩油缸,动滑轮组包括滑轮基座和设置于滑轮基座上的第一动滑轮及第二动滑轮,贯入油缸的伸缩端连接滑轮基座,第一驱动绳穿过第一动滑轮,第一驱动绳的一端经定滑轮连接框架,第一驱动绳的另一端经定滑轮连接滑板的上端,第二驱动绳穿过第二动滑轮,第二驱动绳的一端经定滑轮连接框架,第二驱动绳的另一端经定滑轮连接滑板的下端,框架的侧端设置导轨,滑板滑动连接导轨,滑板上设置有上左右夹持爪,于框架的侧端且在上左右夹持爪的下侧位置设置有下左右夹持爪,上伸缩油缸的伸缩端连接上左右夹持爪,下伸缩油缸的伸缩端连接下左右夹持爪,上左右夹持爪和下左右夹持爪均可夹持或松开杆件。
进一步的,海床基静力贯入及取样平台包括若干个贯入单元。
进一步的,框架的侧端靠近下左右夹持爪的位置设置有位移计。
进一步的,杆件包括探测杆、观测杆和取样管。
进一步的,框架中还设置有配重箱。
进一步的,框架中还设置有配重油缸,液压站液压连接配重油缸,配重油缸的伸缩端连接配重箱。
进一步的,框架中还设置有高度计。
进一步的,框架中还设置有照明灯和摄像机。
进一步的,框架中还设置有GPS定位模块。
进一步的,海床基静力贯入及取样平台还包括主控台,框架中还设置有控制舱、驱动舱和电池舱,主控台经控制舱信号连接驱动舱,电池舱分别电连接控制舱和驱动舱,驱动舱分别信号连接贯入油缸、上伸缩油缸和下伸缩油缸。
与现有技术相比,本发明的海床基静力贯入及取样平台具有以下特点和优点:
本发明的海床基静力贯入及取样平台,可实现对海底沉淀物进行原位探测、长期原位观测和静力取样的同步、同点测量,从不同的角度获取相互呼应的海底沉积物参数,为全面、可靠的认识和解读海底沉积物动态变化过程提供一种可行的方法,以获取更为准确、全面的海洋地质环境参数随时间和空间的变化过程。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后,本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中海床基静力贯入及取样平台的主视图;
图2为本发明实施例中海床基静力贯入及取样平台的俯视图;
图3为本发明实施例中海床基静力贯入及取样平台中贯入单元的部分结构示意图;
图4为本发明实施例中海床基静力贯入及取样平台通讯连接示意图;
其中,1、承重头,2、框架,3、电池舱,4、配重箱,5、摄像机,6、照明灯,7、高度计,8、采集舱,9、探测杆/观测杆/取样管,10、上左右夹持爪,11、滑板,12、导轨,13、动滑轮组,14、贯入油缸,15、位移计,16、下左右夹持爪,17、驱动舱,18、控制舱,19、液压站,20、配重油缸,21、定滑轮。
具体实施方式
如图1至图4所示,本实施例提供一种海床基静力贯入及取样平台,其框架2的上端连接有承重头1,绳缆可经承重头1连接框架2,从船上的甲板上下放或回收绳缆,以使框架2下沉至海床或从海床返回甲板。框架2作为整个平台的承载体,框架2中设置有电池舱3、配重箱4、摄像机5、照明灯6、高度计7、GPS定位模块、驱动舱17、控制舱18、液压站19、配重箱4、配重油缸20和贯入单元等部件。
本实施例中的海床基静力贯入及取样平台包括两个贯入单元,当然,贯入单元也可以为多个。贯入单元包括贯入油缸14、上伸缩油缸、下伸缩油缸、动滑轮组13、第一驱动绳、第二驱动绳、定滑轮21、导轨12和滑板11。贯入单元用于稳定、可靠地使探测杆/观测杆/取样管9贯入海床或从海床中回收。其中,通过探测杆进行静力触探,获取海床土体类型、垂向分层特性、土体强度、海床基承载力、沉积物孔隙度等参数,能够测量海底沉积物的锥尖阻力、侧摩擦阻力、孔隙水压力、电阻率、姿态随深度变化情况,实现对海底沉淀物的原位探测;通过搭载观测杆能够对海底沉积物(如孔隙水压力、电阻率、地热、变形等)进行长期原位观测,实现对某参量在各个深度位置的动态变化过程;通过取样管进行静力取样,稳定、可靠地获取海底沉积物不同深度的粒径、密度等物理参数,能够与原位探测、长期原位观测获取几乎同一位置的沉积物柱状样品,且静力取样扰动极小,为原位探测、长期原位观测提供参数校正样本。基于此,能够分析获得底层海水与浅层沉积物之间的一系列动态变化过程,进而为为海上建设、工程安全、灾害预警以及科学研究提供服务。动滑轮组13包括滑轮基座和设置于滑轮基座上的第一动滑轮及第二动滑轮。第一驱动绳穿过第一动滑轮,第一驱动绳的一端经定滑轮21连接框架2,第一驱动绳的另一端经定滑轮21连接滑板11的上端,第二驱动绳穿过第二动滑轮,第二驱动绳的一端经定滑轮21连接框架2,第二驱动绳的另一端经定滑轮21连接滑板11的下端。框架2的侧端设置导轨12,滑板11滑动连接导轨12。滑板11上设置有上左右夹持爪10,于框架2的侧端且在上左右夹持爪10的下侧位置设置有下左右夹持爪16。框架2的侧端靠近下左右夹持爪16的位置设置有位移计15,通过位移计15实时监测测杆/观测杆/取样管9的动作状态。上左右夹持爪10和下左右夹持爪16均可夹持或松开杆件,可以夹持带动探测杆进行静力触探进行静力触探,可以夹持带动取样管进行静力取样。当上左右夹持爪10和下左右夹持爪16同时松开时,可以实现平台与探测杆的有效分离,从而完成一直以来难度较大的长期原位观测中探测杆的布放问题。
液压站19经液压管路液压连接贯入油缸14、上伸缩油缸、下伸缩油缸和配重油缸20,贯入油缸14的伸缩端连接动滑轮组13的滑轮基座,上伸缩油缸的伸缩端连接上左右夹持爪10,下伸缩油缸的伸缩端连接下左右夹持爪16,配重油缸20的伸缩端连接配重箱4。贯入油缸14的伸缩用于控制动滑轮组13的升降,上伸缩油缸的伸缩用于控制上左右夹持爪10夹持或松开杆件,下伸缩油缸的伸缩用于控制下左右夹持爪16夹持或松开杆件,配重油缸20的伸缩用于控制配重箱4以控制平台的重量变化,便于较好的控制平台在海水中移动。
本实施例中的杆件为探测杆/观测杆/取样管9,探测杆/观测杆/取样管9的上端设置有采集舱8。贯入油缸14的伸缩控制动滑轮组13升降,动滑轮组13的升降通过第一驱动绳、第二驱动绳、定滑轮21控制滑板11沿着导轨12上下移动。滑板11的移动并配合上左右夹持爪10和下左右夹持爪16的夹持或松开,使探测杆/观测杆/取样管9稳定、可靠地贯入海床或从海床中回收。
将探测杆/观测杆/取样管9贯入海床的过程如下:(1)下左右夹持爪16闭合夹持探测杆/观测杆/取样管9,下左右夹持爪16固定探测杆/观测杆/取样管9;(2)上左右夹持爪10松开,上左右夹持爪10沿着导轨12向上运动到导轨12的顶端;(3)上左右夹持爪10闭合夹持探测杆/观测杆/取样管9,下左右夹持爪16松开,上左右夹持爪10固定探测杆/观测杆/取样管9;上左右夹持爪10带动探测杆/观测杆/取样管9沿导轨12向下运动至导轨12的底端。重复上述步骤(1)至(4)顺序循环,直至探测杆/观测杆/取样管9贯入到海床指定位置或满足极限贯入力,至此完成探测杆/观测杆/取样管9的贯入。
将探测杆/观测杆/取样管9从海床中回收的过程如下:(1)下左右夹持爪16闭合夹持探测杆/观测杆/取样管9,下左右夹持爪16固定探测杆/观测杆/取样管9;(2)上左右夹持爪10松开,上左右夹持爪10沿着导轨12向下运动到导轨12的底端;(3)上左右夹持爪10闭合夹持探测杆/观测杆/取样管9,下左右夹持爪16松开,上左右夹持爪10固定探测杆/观测杆/取样管9;上左右夹持爪10带动探测杆/观测杆/取样管9沿导轨12向上运动至导轨12的顶端。重复上述步骤(1)至(4)顺序循环,直至探测杆/观测杆/取样管9完全拔出,至此完成探测杆/观测杆/取样管9的回收。
本实施例中的海床基静力贯入及取样平台还包括主控台,主控台包括计算机平台及与计算机平台信号连接的数据显示与控制端,主控台经通讯机信号连接高度计7、位移计15、GPS定位模块和控制舱18,控制舱18信号连接驱动舱17,驱动舱17分别信号连接摄像机5、照明灯6、贯入油缸14、上伸缩油缸、下伸缩油缸和配重油缸20。通过主控台调试、监测、控制高度计7、位移计15、GPS定位模块、摄像机5、照明灯6、贯入油缸14、上伸缩油缸、下伸缩油缸和配重油缸20等。高度计7实时反馈平台处于的深度位置;位移计15用于反馈探测杆/观测杆/取样管9的动作状态,为操作人员的进一步操作提供参考;GPS定位模块用于平台的实时定位;摄像机5、照明灯6用于操作人员实时监控平台的操作;通过平台实时控制贯入油缸14、上伸缩油缸、下伸缩油缸和配重油缸20的伸缩动作,实现贯入、回收等操作。
当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种海床基静力贯入及取样平台,其特征在于:包括框架,框架的上端连接有承重头,框架中设置有液压站和贯入单元,贯入单元包括贯入油缸、上伸缩油缸、下伸缩油缸、动滑轮组、第一驱动绳、第二驱动绳、定滑轮、导轨和滑板,液压站液压连接贯入油缸、上伸缩油缸和下伸缩油缸,动滑轮组包括滑轮基座和设置于滑轮基座上的第一动滑轮及第二动滑轮,贯入油缸的伸缩端连接滑轮基座,第一驱动绳穿过第一动滑轮,第一驱动绳的一端经定滑轮连接框架,第一驱动绳的另一端经定滑轮连接滑板的上端,第二驱动绳穿过第二动滑轮,第二驱动绳的一端经定滑轮连接框架,第二驱动绳的另一端经定滑轮连接滑板的下端,框架的侧端设置导轨,滑板滑动连接导轨,滑板上设置有上左右夹持爪,于框架的侧端且在上左右夹持爪的下侧位置设置有下左右夹持爪,上伸缩油缸的伸缩端连接上左右夹持爪,下伸缩油缸的伸缩端连接下左右夹持爪,上左右夹持爪和下左右夹持爪均可夹持或松开杆件,杆件包括探测杆、观测杆和取样管。
2.根据权利要求1所述的海床基静力贯入及取样平台,其特征在于:海床基静力贯入及取样平台包括若干个贯入单元。
3.根据权利要求1所述的海床基静力贯入及取样平台,其特征在于:框架的侧端靠近下左右夹持爪的位置设置有位移计。
4.根据权利要求1所述的海床基静力贯入及取样平台,其特征在于:框架中还设置有配重箱。
5.根据权利要求4所述的海床基静力贯入及取样平台,其特征在于:框架中还设置有配重油缸,液压站液压连接配重油缸,配重油缸的伸缩端连接配重箱。
6.根据权利要求1所述的海床基静力贯入及取样平台,其特征在于:框架中还设置有高度计。
7.根据权利要求1所述的海床基静力贯入及取样平台,其特征在于:框架中还设置有照明灯和摄像机。
8.根据权利要求1所述的海床基静力贯入及取样平台,其特征在于:框架中还设置有GPS定位模块。
9.根据权利要求1至8任一项所述的海床基静力贯入及取样平台,其特征在于:海床基静力贯入及取样平台还包括主控台,框架中还设置有控制舱、驱动舱和电池舱,主控台经控制舱信号连接驱动舱,电池舱分别电连接控制舱和驱动舱,驱动舱分别信号连接贯入油缸、上伸缩油缸和下伸缩油缸。
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